数字嵌入式航空发动机气动失稳预警系统的研制与应用
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收稿日期:2022-05-17基金项目:国家自然科学基金(52105119);中国博士后基金(2021T140539,2020M673378)引用格式:詹轲倚,刘有云,陈航,等.航空发动机气动失稳检测管路设计研究[J].测控技术,2023,42(7):29-35.ZHANKY,LIUYY,CHENH,etal.DesignandResearchofAero EngineAerodynamicInstabilityDetectionPipeline[J].Meas urement&ControlTechnology,2023,42(7):29-35.航空发动机气动失稳检测管路设计研究詹轲倚1,2,刘有云3,陈 航1,耿 佳4(1.中国航发贵阳发动机设计研究所,贵州贵阳 550081;2.清华大学航空发动机研究院,北京 100089;3.空军装备部驻贵阳地区第二军事代表室,贵州贵阳 550081;4.西安交通大学机械工程学院,陕西西安 710049)摘要:为满足航空发动机旋转失速和喘振失稳信号的实时监测需求,探讨了试验测量和机载测量失稳判别信号测量方法,两种使用场景均须考虑测压管路响应频率。
分析了喘振和旋转失速过程中的压力脉动特征,喘振信号频率与发动机容腔大小相关,旋转失速信号频率与转子转速及叶片构型有关。
提出了失稳测量频率响应需求,建立了由管路和传感器容腔构成的测压系统单自由度二阶模型,研究了管路气动耦合频率与声速、管路长度、管路内径、传感器容腔的关系,根据工程经验给出了管路规格设计流程,提出的“四分之一波长法”对管路频率响应精度可控制在2%范围内,可在工程上实现快速估计。
当管路频率响应不满能足要求时,可通过减少管路长度的方式显著提升失稳测压系统频率。
关键词:航空发动机;失稳检测;管路;频率响应;设计流程中图分类号:V233.7 文献标志码:A 文章编号:1000-8829(2023)07-0029-07doi:10.19708/j.ckjs.2022.10.311DesignandResearchofAero EngineAerodynamicInstabilityDetectionPipelineZHANKeyi1牞2 牞LIUYouyun3牞CHENHang1牞GENGJia4牗1.AECCGuiyangEngineResearchInstitute牞Guiyang550081牞China牷2.InstituteforAeroEngine牞TsinghuaUniversity牞Beijing100089牞China牷3.TheSecondMilitaryReresentativeOfficeofAirForceArmamentDepartmentinGuiyang牞Guiyang550081牞China牷4.SchoolofMechanicalEngineering牞Xi anJiaotongUniversity牞Xi an710049牞China牘Abstract牶Inordertomeetthereal timemonitoringrequirementsoftherotatingstallandsurgeinstabilitysig nalsofaero engine牞themeasurementmethodsoftestmeasurementandairbornemeasurementinstabilitydis criminationsignalsarediscussed.Theresponsefrequencyofthepressuremeasuringpipelinemustbeconsid eredinbothusescenarios.Thecharacteristicsofpressurepulsationintheprocessofsurgeandrotatingstallareanalyzed.Thefrequencyofsurgesignalisrelatedtothesizeofenginechamber牞andthefrequencyofrotatingstallsignalisrelatedtorotorspeedandbladeconfiguration.Therequirementsforfrequencyresponseofinsta bilitymeasurementareputforward.Asingledegreeoffreedomsecond ordermodelofpressuremeasurementsystemconsistingofpipelineandsensorchamberisestablished.Therelationshipbetweenthepipelineaerody namiccouplingfrequencyandsoundvelocity牞pipelinelength牞pipelineinnerdiameter牞sensorchamberisstud ied.Thepipelinespecificationdesignprocessisgivenaccordingtoengineeringexperience.Theproposed quarterwavelengthmethod cancontroltheaccuracyofpipelinefrequencyresponsewithin2%牞itcanrealizefastestimationinengineering.Whenthefrequencyresponseofthepipelineisnotsufficient牞thefrequencyoftheunstablepressuremeasurementsystemcanbesignificantlyincreasedbyreducingthelengthofthepipeline.Keywords牶aero engine牷instabilitydetection牷pipeline牷frequencyresponse牷designprocess航空发动机失稳通常可分为失速和喘振[1],失速分为叶片失速和旋转失速。
嵌入式系统应用案例嵌入式系统是一种专门设计用于执行特定任务的计算机系统,广泛应用于各个领域,包括家用电器、汽车、医疗设备、航空航天等。
本文将通过几个具体案例来展示嵌入式系统的应用。
案例一:智能家居系统随着科技的不断进步,智能家居系统已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分。
通过嵌入式系统的应用,可以实现对家庭设备的智能控制和监测。
嵌入式系统可以实现灯光、温度、安防等各种设备的联动控制,提高家庭的生活品质和安全性。
案例二:汽车电子系统现代汽车中嵌入了大量的嵌入式系统,用于控制和管理各种功能,如发动机控制、制动系统、安全气囊等。
嵌入式系统可以使汽车更加智能化和安全,提供更好的驾驶体验。
例如,借助嵌入式系统的GPS 导航功能,驾驶员可以轻松找到目的地,同时也能根据路况自动调整行车速度,提高驾驶安全性。
案例三:医疗设备医疗设备中的嵌入式系统是现代医疗行业的重要组成部分。
例如,心脏起搏器、血压监测仪、呼吸机等设备都依赖于嵌入式系统的精确控制和数据处理。
这些嵌入式系统可以实时监测患者的病情,并根据需要进行相应的治疗,为医生提供准确的数据支持,提高医疗效果。
案例四:航空航天在航空航天领域,嵌入式系统的应用尤为重要。
宇航员的生命安全和飞行任务的成功都直接依赖于嵌入式系统的稳定运行。
嵌入式系统可以控制航天器的各项功能,包括导航、通信、姿态控制等,同时也能够进行数据记录和传输,为科学研究提供支持。
通过以上案例,我们可以看到嵌入式系统在各个领域都发挥了重要作用。
随着科技的不断发展和创新,嵌入式系统的应用范围还将继续扩大。
无论是智能家居、汽车、医疗设备还是航空航天,嵌入式系统都将为我们带来更加智能化、高效和安全的生活和工作环境。
基于小波分析的航空发动机气动失稳信号分析方法文章旨在做好航空发动机气动失稳信号的有效分析,通过应用小波变换的方式分析了小波变换的原理,以航空发动机气动失稳信号检测为例分析了小波变换过程的信号失稳检测,信号分析结果表明借助于小波变换的时频分析能力逐渐增强,故障诊断率高,应用价值较好。
标签:小波变换;航空发动机;气动失稳;信号分析航空发动机在其工作范围内存在危害性极大的“旋转失速”和“喘振”两类气动失稳现象。
目前各国航空科研人员已将这些失稳现象作为重要研究课题。
小波变换在航空发动机故障的诊断过程中,可以克服传统傅立叶变换的不足,实现航空发动机故障诊断信号处理,分析同一时间域上不同频率的分布情况,做好故障的分析结果[1]。
本文从小波变换的角度分析了航空发动机气动失稳信号的分析方法。
1 传统的时频分析方法传统的信号分析方法通常是建立在傅立叶变换的基础之上的,由于傅立叶分析无法完全表达信号的时频局域性质,发展了短时傅立叶变换、小波变换、线调频小波变换等信号分析方法。
短时傅立叶变换把信号划分成许多小的时间间隔,在每一个时间间隔里,用傅立叶变换对其进行分析,确定该时间间隔内的信号频率成分。
短时傅立叶变换虽然克服了传统傅立叶变换不能满足信号处理需求的缺点,但对于信号波形变化比较剧烈的非平稳信号,短时傅立叶变换不具备较高的时间分辨率。
小波分析兼顾了低频信号和高频信号的特性,在高频信号部分具有较高的时间分辨率,在低频信号部分具有较高的频率分辨率,对分析正常信号中夹带的瞬态反常信号具有良好的效果。
2 小波变换故障检测原理小波变换有着准确的定位信息,同时也有着更加全面的频率分析范围。
小波变换的过程,时间频率分辨率矛盾逐渐化解,借助于非均匀分布的特征,更好的应用带宽频率的分析和应用。
基于信号的分析过程,实现信号的有效分解和应用,同時确定线性方式频率的处理,体现出时变信号较为明显的优越性。
在小波多分辨分析过程,确定函数构造函数,在空間函数标准构造过程,确定标准化正交基,实现空间函数的相互嵌套[2]。
飞机发动机失效诊断与预警系统设计随着现代化的社会和经济不断发展,飞机作为一种快捷便利的交通工具,得到了广泛的应用和发展。
然而,飞机出现故障和事故的情况也时有发生,在这些情况中,飞机发动机的失效是一个非常严重的问题,可能会导致灾难性后果。
因此,设计一种可靠的飞机发动机失效诊断与预警系统,成为了飞机行业非常重要的领域之一。
一、发动机失效的原因及其危害发动机失效是指发动机在运行过程中出现了故障或停机的情况。
发动机失效的原因有很多,包括机械故障、电气故障、燃油系统故障、润滑系统故障等。
发动机失效不仅会对飞机造成直接的物理损坏,还会影响到飞机的飞行安全和人员的生命安全。
因此,设计一种高效、精准的飞机发动机失效诊断与预警系统,是保障航空安全的重要措施之一。
二、飞机发动机失效诊断与预警系统设计要求设计一种高效、精准的飞机发动机失效诊断与预警系统有以下几个要求:1、准确性失效诊断与预警系统需要具有高精度的诊断功能,能够准确地确定发动机失效的原因和位置。
应当能够及时地获取发动机的各种工作参数,并进行实时监测和分析,以确保对发动机的失效进行迅速、准确的诊断。
2、操作性失效诊断与预警系统的操作要求简单方便,易于使用。
该系统需要具有友好的用户界面,能够让操作人员轻松地获取所需要的信息和数据。
此外,该系统还需要具有良好的稳定性和可靠性,能够在不同工作条件下正常运行。
3、实时性失效诊断与预警系统需要能够实时地对发动机的各种工作参数进行监控和分析,及时发现发动机失效的情况。
应该能够在最短时间内实现故障的定位和诊断,并对故障进行有效的修复和处理。
4、安全性失效诊断与预警系统的设计过程中,需要考虑到安全性问题,保证系统的可靠性和稳定性。
在实际应用过程中,该系统需要具有强大的应急处理能力,能够处理各种突发情况,保证航空飞行安全。
三、飞机发动机失效诊断与预警系统技术实现失效诊断与预警系统的实现需要应用到各种技术手段,包括计算机技术、电子技术、无线通信技术等,其中最重要的是数据采集和分析技术。
航空发动机故障预警与诊断系统研究航空发动机是飞机的重要组成部分,其安全性直接关系到飞行的稳定与顺利进行。
然而,由于复杂的工作环境和长时间高负荷运转,航空发动机存在故障的潜在风险。
因此,研发一套高效、准确、可靠的航空发动机故障预警与诊断系统具有重要的实际意义。
一、航空发动机故障预警系统1. 故障检测技术航空发动机故障预警系统的核心是能够及早、准确地检测出潜在故障信号。
传统的故障检测技术主要基于传感器数据的实时监测,但由于数据量大、噪声干扰多以及计算复杂度高等问题,预测性能受到限制。
因此,亟需研发新型故障检测技术,如基于机器学习的方法,能够从海量数据中提取有意义的特征,实现更高效准确的故障预警。
2. 数据采集与处理航空发动机所涉及的数据非常庞大,涵盖了温度、压力、振动等多个维度的信息。
为了确保故障预警系统的可靠性,需要建立完善的数据采集与处理方法。
数据采集可以通过传感器和数据采集装置实现,将发动机实时运行状态的数据进行采集存储。
同时,数据处理要解决数据清洗、降噪、特征提取和数据压缩等问题,以便提高数据的有效性和系统的性能。
3. 故障预测与警报通过对航空发动机的数据采集和处理,故障预警系统可以实时分析数据,检测出潜在故障信号,并预测故障的发生概率与时间。
一旦系统检测到异常情况,即可发出警报信号,通知飞行人员及时采取措施,并避免潜在的安全隐患。
故障预测与警报是航空发动机故障预警系统中非常重要的环节,其准确性和及时性直接关系到飞行安全。
二、航空发动机故障诊断系统1. 故障诊断技术航空发动机故障诊断系统是在故障发生后对发动机进行诊断,确立故障原因和位置的重要手段。
传统的故障诊断技术主要基于经验和专家知识,存在主观性强和诊断效率低等问题。
因此,需要引入现代化的故障诊断技术,如基于模型的故障诊断方法和基于数据驱动的故障诊断方法等。
这些新技术能够通过分析发动机的运行数据,自动分析故障症状,快速定位故障原因和位置,提高故障诊断的准确性和效率。
嵌入式智能系统在智能航空中的应用研究第一章:引言嵌入式智能系统是一种集成了计算能力和传感器的硬件设备,能够感知环境、处理数据和做出决策。
随着技术的不断发展,嵌入式智能系统在各个领域得到了广泛应用,其中智能航空是一个重要的领域。
本文将着重探讨嵌入式智能系统在智能航空中的应用研究。
首先,我们将介绍智能航空的背景和意义。
然后,我们将详细讨论嵌入式智能系统在智能航空中的各个方面应用,包括飞行管理、导航与控制、飞机健康管理、无人机技术等。
最后,我们将总结并展望未来嵌入式智能系统在智能航空中的发展方向。
第二章:智能航空的背景和意义智能航空是指利用先进的技术,如人工智能、传感器网络、数据挖掘等,来改进飞行管理、提高导航与控制的精度、增强飞机的安全性和可靠性。
智能航空的目标是实现智能化的飞行和维修,减少事故风险并提高飞行效率。
在传统的航空系统中,飞行员和地面控制中心起着核心作用。
然而,随着航空技术的飞速发展,飞行员和地面控制中心的工作越来越繁重,容易出现疏忽和错误。
而嵌入式智能系统的出现为解决这一问题提供了可能性。
嵌入式智能系统能够自动感知环境,实时分析数据,并根据分析结果做出决策。
它能够减少人为错误,提高飞行的安全性和效率。
智能航空的发展对航空业具有重要的意义。
一方面,智能航空可以提高飞行的安全性,减少事故的发生。
据统计,航空事故是造成人员伤亡和财产损失的主要因素之一。
通过引入嵌入式智能系统,可以及时发现飞行问题,并采取相应的措施,降低事故风险。
另一方面,智能航空还可以提高飞行的效率。
嵌入式智能系统能够自动进行飞行管理和导航控制,减少人为的干扰,并优化飞行路径,提高飞行效率。
第三章:嵌入式智能系统在智能航空中的应用3.1 飞行管理飞行管理是指对飞机进行管理和监控,以确保飞行的安全和顺利进行。
嵌入式智能系统能够实时监测飞机的飞行状态,并提供相应的决策支持。
例如,嵌入式智能系统可以收集飞机的数据,并根据数据分析飞机的性能和健康状况,预测可能的故障,并提供相应的建议和措施。
嵌入式系统技术在航空领域中的应用随着科技的发展和国家经济的持续增长,航空业的飞速发展也成为了现代化建设中不可或缺的一部分。
在航空领域,嵌入式系统技术的应用已经得到了广泛的应用,并为航空业的发展提供了可靠的支持。
本文将简单介绍嵌入式系统技术在航空领域中的应用。
一、嵌入式系统技术概述嵌入式系统指的是集成了微型处理器、内存、存储器、通信接口等于一身的计算机系统,被应用于航空电子、通信设备、网络路由器、智能控制系统、医疗设备、汽车电子等各个领域。
嵌入式系统技术作为一种先进的技术手段,它具有稳定、可靠、便携、多功能、节能等优点。
当前,随着航空技术的发展以及嵌入式系统技术的成熟,嵌入式技术在航空领域中得到了越来越广泛的应用。
二、嵌入式系统技术在飞行控制系统中的应用作为航空飞行中必不可少的部分,飞行控制系统一直是航空工业技术中的重点研发方向之一。
在飞行控制系统中,嵌入式系统技术的应用十分广泛,可以为飞机的飞行控制、通信导航、气象监测、机载数据处理、电力系统等提供可靠保障。
例如,在现代飞机的自动驾驶系统中,嵌入式系统可实现对机身姿态变化、速度、高度、方向等参数进行实时追踪和控制。
此外,嵌入式系统技术还可用于飞行数据记录、飞机状态监测等方面,保证飞行过程中的安全和稳定。
三、嵌入式系统技术在飞机发动机控制系统中的应用在航空技术中,发动机是航空工业的重要组成部分。
在现代飞机发动机控制系统中,嵌入式系统技术的应用也成为一种不可缺少的技术手段。
在发动机控制系统中,嵌入式系统主要完成发动机控制、设备检测、数据采集和处理等功能。
例如,在现代喷气式发动机控制系统中,嵌入式系统可通过传感器实时探测温度、压力、转速等数据,并进行实时处理和反馈,在保证发动机运行安全和稳定的基础上,提高发动机效率和降低污染。
四、嵌入式系统技术在航空通信和导航系统中的应用航空通信和导航系统是现代航空技术中的重要组成部分。
在航空通信和导航系统中,嵌入式系统技术可为航空通信和导航系统提供可靠保障,信息的传输质量和传输速率也得到了极大提高。
嵌入式系统的应用事例有哪些举例说明
1.汽车
现代汽车使用许多嵌入式系统,包括发动机管理、安全系统、导航、
娱乐等。
它们负责控制车辆的行驶和安全,这包括刹车系统、灯光系统、
安全气囊和车辆稳定性控制系统等。
2.医疗保健
医疗设备中使用的机器和工具都需要嵌入式系统来执行其功能。
例如,心脏起搏器、血糖监测仪、血压测量仪等设备都需要使用嵌入式系统来控
制其功能。
3.家电
智能家居设备的嵌入式系统,如智能电视、智能音箱、智能冰箱等,
可以连接互联网,通过无线或有线网络与其他设备通信。
4.工业控制
基于嵌入式系统的自动化生产控制系统通常应用于大规模生产,例如
汽车生产、半导体制造、食品加工、纺织和制药等领域。
5.航空航天
航空航天领域有很多关键应用需要嵌入式系统,例如自动驾驶系统、
飞行控制系统、导航和通信系统、飞行引擎监测系统等。
6.海洋工程
海洋工程领域需要嵌入式系统来监控深海机器人、水下信号传输和控制,以及船舶自动化等。
7.电信和通信
总之,嵌入式系统在现代化社会中扮演着重要的角色,无所不在。
这是当今趋势,随着技术的进步,我们将在未来看到它更多的应用。
航空嵌入式软件全数字仿真测试技术研究的开题报告一、选题背景:嵌入式系统技术在航空工业中得到广泛的应用。
航空嵌入式软件主要运用于飞行控制系统、导航系统、通信系统、飞行数据记录等方面。
这些系统需要高可靠性,因此对嵌入式软件测试的要求非常高。
传统的测试方法主要是手工测试和硬件测试,这种方式效率低、成本高,并且测试结果难以保证完全正确。
近年来,随着计算机模拟技术和仿真技术的不断发展和成熟,基于计算机模拟和数字仿真的测试方法得到了越来越多的应用。
数字仿真测试具有测试速度快、成本低、可重复性好等优点,可以在软件开发的早期发现软件问题,减少软件开发的时间和成本,提高软件的可靠性和稳定性。
因此,研究航空嵌入式软件全数字仿真测试技术具有重要意义。
二、研究目的和意义:本研究的主要目的是研究航空嵌入式软件全数字仿真测试技术,解决传统测试方法存在的问题,提高测试效率和测试质量,最终提高航空嵌入式软件的可靠性和稳定性。
具体来说,本研究的目标包括:1.研究航空嵌入式软件的测试方法和测试标准,并与传统测试方法进行比较和分析。
2.建立航空嵌入式软件的全数字仿真测试平台,包括开发环境、仿真平台等。
其中开发环境包括调试工具、编译器等,仿真平台包括仿真器、仿真算法等。
3.研究航空嵌入式软件全数字仿真测试的关键技术,包括仿真算法、仿真模型、仿真评估等,并对这些技术进行模拟和验证。
4.利用建立的仿真测试平台进行测试,对航空嵌入式软件进行全面测试和评估,并对测试结果进行分析和优化。
通过本研究的实施,可以有效提高航空嵌入式软件的可靠性和稳定性,优化测试流程,提高测试效率和测试质量,为航空工业的发展和应用提供支持。
三、研究方法:本研究采用文献研究、实验研究、仿真研究等方法。
首先,通过系统调查和分析,了解航空嵌入式软件的测试方法和相关标准。
然后,在对传统测试方法进行总结和分析的基础上,建立航空嵌入式软件的全数字仿真测试平台,并开展仿真测试,收集测试数据。
嵌入式系统在航空航天领域的应用嵌入式系统(Embedded System)是指内部包含在其他设备或系统中的专用计算机系统,通常用于控制、监测或执行特定任务。
在航空航天领域,嵌入式系统的应用具有重要的意义,它们在飞行控制、通信、导航、安全等方面发挥着关键作用。
本文将从不同的角度介绍嵌入式系统在航空航天领域的应用。
一、飞行控制系统嵌入式系统在飞行控制系统中起着至关重要的作用。
它们负责实时监测飞机的状态信息,控制飞行器姿态和航向,并对引擎进行自动控制。
嵌入式系统通过高性能的处理器和精确的传感器,实现对飞机的稳定控制和精确导航。
同时,它们还能处理各类传感器数据、监测设备状态,并进行故障检测和纠正。
嵌入式系统的高度可靠性和实时性,保证了飞行控制的安全与可靠。
二、通信系统航空航天领域需要高效可靠的通信系统,而嵌入式系统在此方面起到了重要的作用。
它们通过数据链路实现飞机与地面控制中心之间的通信,传输飞机的状态、导航和性能信息,以及接收控制中心的指令。
嵌入式系统通过实时数据传输和应用层协议的支持,保证了通信的稳定和安全。
同时,嵌入式系统还能与其他飞机进行通信,实现空中交通的协调与管理。
三、导航与定位系统嵌入式系统在航空航天领域的导航与定位系统中扮演着关键的角色。
它们通过接收和处理全球卫星导航系统(GNSS)信号,实现对飞机位置、方向和速度的准确测量。
嵌入式系统还能处理惯性导航装置(ING)的数据,进行姿态估计和环境感知。
通过导航与定位系统的支持,飞机能够精确导航、自主定位,并保持飞行的稳定性和安全性。
四、安全与监测系统航空航天领域对安全性要求极高,而嵌入式系统在安全与监测系统中发挥着重要作用。
它们能够实时监测飞机各个系统的状态,包括发动机、起落架、燃油系统等,及时检测故障并进行处理。
通过预测性维护技术,嵌入式系统还能提前检测潜在的故障,并进行预警和修复。
同时,嵌入式系统还能支持安全监控系统,通过视频监控、人员识别等手段,保障航空航天活动的安全与顺利进行。