一种健康管理故障注入快速构型仿真系统的制作方法

本技术涉及航空发动机，尤其涉及一种健康管理故障注入快速构型仿真系统。

背景技术：

1、航空发动机发生失效后，可能造成飞行器的严重损坏或人员伤亡。通常情况下，发动机失效包含：a)异物进入发动机产生破坏；b)未按操作指令实现推力需求；c)发动机零部件或附件起火；d)发动机脱落；e)完全失去发动机停车能力；f)单发飞机不可恢复的发动机空中停车。

2、而健康管理系统所关注的核心是提前处理、延缓处理以及调整航空发动机的降级、故障和失效，这种特征给飞机安全提供了保障，可以在发动机失效前做出正确的决策而避免灾难的发生。这正是解决航空发动机失效问题的关键技术，通过现代电子技术、测试技术和控制理论，已经在该方面研究取得了一定成功，建立了多个项目的健康管理诊断系统。但是，健康管理诊断系统的试验验证一直是设计过程的一项关键活动，为了获取失效后航空发动机参数变化特征或故障特征，不可能对发动机进行失效试验来获取，这将导致试验件或试验设备损坏，产生巨大财产损失，最好的办法是建立仿真试验系统，通过该系统模拟发动机失效后零部件参数变化特征或故障特征，降低试验验证的风险。

技术实现思路

1、有鉴于此，本技术实施例提供一种健康管理故障注入快速构型仿真系统，至少部分解决现有技术中存在的健康管理故障试验风险大、指标验证困难和验证不充分的问题。

2、本技术实施例提供一种健康管理故障注入快速构型仿真系统，包括虚拟仪器模块、信号模拟模块以及用于发动机健康管理的被试件，

3、所述虚拟仪器模块用于生成带有传感器特征的信号，并将所述带有传感器特征的信号传输至所述信号模拟模块；

4、所述信号模拟模块用于将接收的所述带有传感器特征的信号进行数-模信号转换，形成传感器电信号或通讯信号，并将所述传感器电信号或所述通讯信号传输至所述被试件；

5、所述被试件用于根据所述传感器电信号或所述通讯信号进行所述被试件的诊断和逻辑验证。

6、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述系统还包括故障注入模块，所述故障注入模块与所述虚拟仪器模块和所述信号模拟模块分别连接，所述故障注入模块用于产生故障因子并输出具有故障特征的参数，并分别输出至所述虚拟仪器模块和所述信号模拟模块。

7、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述虚拟仪器模块包括依次连接的数据库模块、数据在线回放模块和传感器模型，所述故障注入模块的输出端与所述传感器模型的输入端连接，所述传感器模型的输出端与所述信号模拟模块连接；

8、所述数据库模块用于存储试验数据，并进行归类和分层级管理；

9、所述数据在线回放模块用于根据预设的速率、时间段和取参对所述数据库模块中的数据进行处理分析，获取带发动机运行特征的故障数据；

10、所述传感器模型用于根据所述带发动机运行特征的故障数据生成所述带有传感器特征的信号，将所述带有传感器特征的信号传输至所述信号模拟模块。

11、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述虚拟仪器模块还包括飞控指令控制器模块和发动机模型，所述飞控指令控制器模块、所述发动机模型和所述传感器模型依次连接，所述故障注入模块的输出端还与所述发动机模型连接，

12、所述飞控指令控制器模块用于发出操作指令并作用在所述发动机模型上；

13、所述发动机模型用于计算发动机各截面参数数据并输出至所述传感器模型。

14、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述故障注入模块包括发动机模型故障注入单元、传感器模型故障注入单元和电气故障注入单元，所述发动机模型故障注入单元的输出端与所述发动机模型的输入端连接，所述传感器模型故障注入单元的输出端与所述传感器模型的输入端连接，所述电气故障注入单元的输出端与所述信号模拟模块的输入端连接；

15、所述发动机模型故障注入单元用于产生关键衰退量参数，并传输至所述发动机模型使所述发动机模型输出具有性能衰退的发动机参数；

16、所述传感器模型故障注入单元用于通过输出所述具有故障特征的参数对所述传感器模型中的系数进行调整，并对所述传感器模型的输入量加入干扰或偏置信号；

17、所述电气故障注入单元用于对信号转换后形成的传感器电信号或通讯信号进行电气短路、断路或虚连接的故障注入。

18、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述关键衰退量参数包括风扇、压气机、高压涡轮和低压涡轮部件的进口空气流量和效率的不可测参数衰退量参数，所述关键衰退量参数还包括衰退时间或飞行次数；所述发动机参数包括进口总温、进口总压、压气机进口总温、压气机进口总压、压气机出口总压、低压涡轮出口总温、低压涡轮出口总压、高压转子转速和低压转子转速的可测参数。

19、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述信号模拟模块包括依次连接的程序代码运行单元、数-模转换单元和通信配置单元，所述通信配置单元通过继电器阵列与所述电气故障注入单元连接，所述程序代码运行单元的输入端与所述传感器模型的输出端连接，所述通信配置单元的输出端与所述被试件的输入端连接，

20、所述程序代码运行单元用于装载所述被试件的程序代码直接进行软件测试，以及装载所述传感器模型的代码程序和所述信号模拟模块的控制程序；

21、所述数-模转换单元用于把数字量信号转换为模拟电信号，输出所述传感器电信号，并满足模拟精度要求；

22、所述通信配置单元用于对所述信号模拟模块中的每一个参数进行通道特性配置；

23、所述继电器阵列用于接收所述电气故障注入单元的信号并执行传感器的短路、断路或虚连接的电气故障。

24、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述数据库模块包括数据库存储单元、数据库管理单元和数据处理单元，

25、所述数据库存储单元，用于按照数据标签进行存储数据；

26、所述数据库管理单元，用于原始数据查看、搜索和标签管理；

27、所述数据处理单元，用于原始数据信号掉包补点、去毛刺处理和跳点选择处理。

28、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述传感器模型包括零阶传感器模型、一阶传感器模型和二阶传感器模型，所述零阶传感器模型用于表示转速、液位、流量和位移类传感器，所述一阶传感器模型用于表示温度和压力类传感器，所述二阶传感器模型用于表示振动类传感器。

29、根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述发动机模型包含发动机整机模型、核心机动态模型、发动机部件模型和发动机零组件模型。

30、有益效果

31、本技术实施例中的健康管理故障注入快速构型仿真系统，采用虚拟仪器+硬件设备结合的方式，通过虚拟仪器构建发动机故障及故障重现系统，硬件设备接收虚拟仪器处理后的故障数据并转换可供被试件采集的传感器电信号或通讯信号给被试件-诊断器(cedu)，实现健康管理系统仿真试验。本技术的故障注入方式包括多种，形成适应范围更广、仿真逼真度更高的健康管理故障注入快速构型仿真系统，可满足目前及很长一段时期内的健康管理仿真验证需要。该系统具有成本低、适应性广、扩展性强、精度高等特点，可满足健康管理系统的数字仿真、硬件在回路仿真和快速原型仿真需求。