航空发动机性能评价与衰退预测方法分析

陈仲光

摘 要： 研究航空发动机性能评价以及衰退预测的方法，能够有效提高航空发动机的运行质量。基于此，本文将分析航空发动机的性能评价方法，其中主要包括改正编辑距离评价验证、利用发动机公测数据评价验证以及航空发动机监控数据评价验证三方面内容。并研究航空发动机衰退预测的方法，其中主要包括过程模糊规则衰退预测法、公用数据衰退预测法以及发动机性能指标衰退预测法三方面内容。

关键词： 航空发动机；性能评价；衰退预测

前言：随着时代的发展，人们对航空发动机性能的要求越来越高，发动机对于飞机正常运行来说起着至关重要的作用。如果发动机在实际运行中出现运行故障，则可能危害到驾驶人员以及乘客的生命安全。因此，为了提升航空发动机的运行质量，就需要对航空发动机的性能以及衰退程度展开预测，根据最终评价预测的结果，制定相应的应用方案，保证航空发动机的使用安全。

一、航空发动机的性能评价方法

（一）改正编辑距离评价验证

改正编辑距离在航空发动机性能评价过程中具有非常重要的意义，在此过程中主要通过设置不同的编辑操作，对航空发动机性能展开评价。通常使用的验证数据为Auto MPG数据，该数据中主要包括7输入参数以及1个输出参数。为了保证改正编辑距离评价的有效性，可以在此基础上采用相似度的方法展开验证。首先，在评价过程中先取出一个测试样本，剩下的样本作为训练样本，在此基础上采用计算的方式计算出输入样本和测试样本之间的相似度。其次，根据计算中的相似度，对其中每个训练样本展开加权平衡，最终的数值是样本输出之后的估计值。最后，计算出样本估计值与真实值之间的差异，根据最终的计算结果对航空发动机性能进行评价。

（二）利用发动机公测数据评价验证

在利用航空发动机公测数据展开性能评价的过程中，主要采用的数据为涡扇发动机公测数据，其中使用的仿真模型由C-MAPSS软件构成，数据共包括4组，每组数据中包含一个训练集和一个测试集。训练集中包含的数据为航空发动机中的监控数据，从航空发动机性能良好的数据到航空发动机使用性能实效的数据都包含在其中，在此过程中包含了24个监控参数。测试集中包含的是航空发动机不完整的数据信息，在此过程中只记录了航空发动机中某一性能从使用正常到使用失效的过程，并不是航空发动机中的全部性能数据。在实际航空发动机性能评价的过程中，可以根据航空发动机性能的实际使用情况选择适当的评价方案[1]。

（三）航空发动机监控数据的评价验证

在此过程中采用的监控数据为真实数据，这种方式能够保证最终航空发动机性能评价结果的真实性。在应用该种方法的过程中，需要应用3个航空发动机的性能参数，这3个参数分别为燃气温度裕度参数、高压转子转速偏差参数以及平均滑油消耗参数，在处理以上三个参数的过程中根据单工况处理方式进行处理。首先选择一个航空发动机为主要的测试对象，剩余的航空发动机为训练对象，在训练对象中选择5个发动机样本性能作为性能点，最后一个发动机样本为性能失效点，利用以上性能参数建立相应的航空发动机性能评价模型，利用该模型对航空发动机的性能展开评价。

二、航空发动机的衰退预测方法

（一）过程模糊规则衰退预测法

在利用过程模糊规则开展航空发动机衰退预测的过程中，主要可以分为以下几方面进行，其中主要包括过程模糊规则前件参数辨识、过程模糊规则的后件参数辨识以及航空发动机的参数辨识三方面内容。在前件参数辨识的过程中，主要使用的原理是：如果在参数中存在一条将输入映射到输出的参数，则该参数中一定存在一个模糊聚类，在此过程中模糊规则的数据与模糊聚类的数目相等。对前件参数展开辨识的主要目的就是提取参数中输入量的激活度。在此过程中主要使用的模型为PFR，该模型在实际应用过程中主要采用的步骤为模型的确定、使用算法的确定以及最终计算结果的确定等方面内容。

（二）公用数据衰退预测法

公用数据主要指的是航空发动机中的监控数据，主要的预测流程包括以下内容。首先，在数据训练合集中选择一个航空发动机作为测试发动机，并对该发动机中的性能根据时间顺序展开评价，其中时间顺序中包含了149个飞行循环。其次，将航空发动机中的衰退性能根据时间顺序，将其中4个相邻的样本组成一个拟合多项式。各个多项式中的样本必须保证独特性，不能够与其他多项式样本相互重合，在此过程中将最后的5个样删除，只采用144个数据样本。最后，将该144个样本分为36组，每个组中包括4个参数点，这4个参数点组成一个多项式函数。其中前30组中的函数作为训练函数，后6组中的函数作为测试函数。

（三）发动机性能指标衰退预测法

利用PFR模型对航空发动机性能数据展开验证，此过程中得到的性能偏差趋势为航空发动机的性能衰退趋势，需要测试航空发动机中的性能衰退指标。本文以EGTM为例，对航空发动机中的性能衰退指标展开研究。该项指标的实际运行状态会直接影响航空发动机的使用质量以及应用成本，因此对该项指标展开预测，能够提升最终航空发动机性能衰退预测结果的真实性。在航空发动机实际应用过程中，EGTM每提高10摄氏度，航空发动机在运行中的燃油使用量将会提高1%，由此可以看出该项指标对航空发动机应用质量的影响程度。因此，利用EGTM性能指标对航空发动机性能衰退展开该预测，能够更加直观的展现出航空发动机性能衰退情况[2]。

结论：综上所述，随着人们对航空发动机应用质量的关注程度越来越高，如何提高航空发动机的使用质量，成为有关人员关注的重点问题。本文通过研究航空发动机的性能评价方法以及衰退预测方法发现，对其进行研究，能够有效提高航空发动机使用的安全性，同时还能保证航空发动机的应用质量。由此可以看出，研究航空发动机的性能评价方法以及衰退预测方法，能够为今后航空发动机的安全使用和高质量运行提供技术基础。

参考文献

[1]孙见忠. 面向单元体的航空发动机健康状态评估与预测方法研究[D].南京航空航天大学，2015.

[2]任淑红. 民航发动机性能可靠性评估与在翼寿命预测方法研究[D].南京航空航天大學，2016.