一种航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法

技术领域

本申请属于航空发动机领域，特别涉及一种航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法。

背景技术

航空发动机燃油泵由于油路部件流固耦合等原因，经常在发动机油路和气路中产生异常波动的频率。这些频率经常会表现为低频形式(5Hz～100Hz)，容易与发动机腔体固有频率耦合，从而严重危害航空发动机的气动稳定性与机械强度。这就需要使用一种可靠的、可工程应用的检测方法对燃油泵异常油压波动进行检测和定位。

目前，在燃油泵在整机环境下，只有拆卸到专用试车台进行半物理油压动态测试试验才可确认异常故障是否由燃油泵产生，拆卸泵体需要人力物力支持，且严重影响发动机试验效率。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

一种航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，包括：

步骤一、采集低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3；

步骤二、对低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3进行快速傅里叶变换处理，提取脉动压力信号中的燃油异常波动频率fb；

步骤三、以燃油异常波动频率fb为中心，采用贝塞尔4阶滤波器对低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3进行带通滤波；

步骤四、

对完成带通滤波后的低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2进行互相关计算，得到互相关函数

对完成带通滤波后的高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3进行互相关计算，得到互相关函数

并对互相关函数

步骤五、根据互相关计算结果判断高压压气机出口气流脉动压力信号P2是否为三个信号中带通频率最快的信号，若是，进入步骤六；

步骤六、采集燃油泵燃油压力信号Pf，对燃油泵燃油压力信号Pf进行快速傅里叶变换处理，判断是否存在频率为fb的频率分量，若是，则燃油异常波动频率fb为燃油泵故障频率。

在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，采集低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3时的采样频率设置为5k/s。

在本申请的至少一个实施例中，步骤一中，采集低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3的脉动压力受感部的频响不低于1kHz。

在本申请的至少一个实施例中，步骤二中，所述燃油异常波动频率fb具有以下特征：

在低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3中均存在；

频率数值不随发动机转速变化或频率数值随发动机转速的增加而降低，且降低的范围在4Hz以内。

在本申请的至少一个实施例中，步骤三中，以±5％*fb的频率带宽进行带通滤波。

在本申请的至少一个实施例中，步骤四中，互相关计算过程包括：

离散信号x、y的互相关函数计算公式为：

其中，N为累加次数，τ为两信号的延迟；

若两路信号中一路信号经过延时m，两路信号的输出分别为x(t)和x(t-m)，则互相关函数计算公式变换为：

其中，E[]为期望。

在本申请的至少一个实施例中，步骤六中，采集燃油泵燃油压力信号Pf的引压管长度不大于L：

其中，a为当地音速。

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，可以在整机环境下开展，使用整机测试中脉动压力测点进行测试，无需额外安装其他传感器测点；与现有的检测方法相比，无需拆卸燃油泵，节省了成本和故障检测的效率，且利用脉动压力相位检测的方法进行故障定位，检测和定位具备更高的准确性。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的燃油异常波动频率fb特征示意图；

图2是本申请一个实施方式的fb为22Hz的P1、P2互相关计算结果示意图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。

本申请提供了一种航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，包括以下步骤：

步骤一、采集低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3；

步骤二、对低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3进行快速傅里叶变换处理，提取脉动压力信号中的燃油异常波动频率fb；

步骤三、以燃油异常波动频率fb为中心，采用贝塞尔4阶滤波器对低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3进行带通滤波；

步骤四、

对完成带通滤波后的低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2进行互相关计算，得到互相关函数

对完成带通滤波后的高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3进行互相关计算，得到互相关函数

并对互相关函数

步骤五、根据互相关计算结果判断高压压气机出口气流脉动压力信号P2是否为三个信号中带通频率最快的信号，若是，进入步骤六；

步骤六、采集燃油泵燃油压力信号Pf，对燃油泵燃油压力信号Pf进行快速傅里叶变换处理，判断是否存在频率为fb的频率分量，若是，则燃油异常波动频率fb为燃油泵故障频率。

本申请的航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，步骤一中，首先，在整机试验状态下，通过脉动压力受感部采集航空发动机的低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3。其中，采样频率设置为5k/s，采用的脉动压力受感部需要满足动态测试要求，脉动压力受感部的频响不应低于1kHz。

本申请的航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，步骤二中，通过对P1、P2、P3信号进行快速傅里叶变换(FFT)处理，提取出脉动信号中可能为燃油泵故障频率的燃油异常波动频率fb。其中，燃油异常波动频率fb具有以下特征：

(1)在低压压气机出口气流脉动压力信号P1、高压压气机出口气流脉动压力信号P2、低压涡轮后气流脉动压力信号P3中均存在；

(2)频率数值不随发动机转速变化或频率数值随发动机转速的增加而降低，且降低的范围在4Hz以内。图1中给出了一个典型的fb频率，图中燃油异常波动频率fb随着发动机转速增加略有降低。

本申请的航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，步骤三中，以燃油异常波动频率fb为中心，以±5％*fb的频率带宽进行带通滤波，采用的滤波器类型为贝塞尔4阶滤波器对信号P1、P2、P3进行滤波处理。

本申请的航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，步骤四中，对完成步骤三的带通信号P1、P2、P3分别进行互相关计算，得到互相关函数

其中，互相关函数的计算过程如下：

离散信号x、y的互相关函数计算公式为：

其中，N为累加次数，τ为两信号的延迟；

若两路信号中一路信号经过延时m，两路信号的输出分别为x(t)和x(t-m)，则互相关函数计算公式变换为：

其中，E[]为期望。

根据自相关性质，当m＝τ时

本实施例中，信号P1、P2的互相关计算结果如图2所示，P1滞后P2为56ms。

本申请的航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，步骤六中，当高压压气机出口气流脉动压力信号P2为三个信号中带通频率最快的信号时，采集燃油泵燃油压力信号Pf，Pf测试需要满足动态压力测试原理，采集燃油泵燃油压力信号Pf的引压管长度不大于L：

其中，a为当地音速。

最后通过对Pf信号进行FFT处理，在频谱中观测是否发现频率为fb的频率分量，如发现说明故障频率fb为燃油泵产生。

本申请的航空发动机燃油泵故障的脉动压力检测和定位方法，可以实现整机试验状态下燃油泵异常油压波动故障检测，无需拆卸燃油泵即可定位异常频率是否为主燃油泵产生，只需利用整机条件下常规脉动压力测点即可实现，无需其他额外测试条件，极大的节省了人力物力成本，提高航空发动机试验效率。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。