本發(fā)明涉及航空發(fā)動機剩余壽命預測與健康管理，具體涉及一種航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法。

背景技術：

1、近年來，航空領域發(fā)展迅猛，航空發(fā)動機作為飛機的心臟，其健康問題備受關注。為了預防航空發(fā)動機失效，現(xiàn)階段一般采用定期維護的方式對航空發(fā)動機進行維修保養(yǎng)。然而，先進設計和制造技術日新月異，航空發(fā)動機自身的可靠性也在不斷提高，該種維護方式雖然能夠確保航空發(fā)動機安全服役，但過于保守，造成了極大的資源浪費。隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，尤其是數(shù)據(jù)采集和通信技術的進步，全面覆蓋的航空發(fā)動機傳感器網(wǎng)絡得以建立，為實時采集航空發(fā)動機健康狀態(tài)數(shù)據(jù)提供了便利。

2、目前，基于監(jiān)測數(shù)據(jù)的航空發(fā)動機運維策略得到廣泛關注和研究，該類運維策略的核心是對航空發(fā)動機的剩余壽命進行準確預測。一般而言，航空發(fā)動機退化過程分為三個階段。第一階段為正常運行階段，此時發(fā)動機平穩(wěn)運行，監(jiān)測信號在某個恒定幅值附近輕微波動；第二階段為緩慢退化階段，此時發(fā)動機出現(xiàn)退化趨勢，監(jiān)測信號幅值以某一速率緩慢上升；第三階段為快速退化階段，此時發(fā)動機退化趨勢明顯，監(jiān)測信號幅值以某一速率快速上升，直至超出閾值，最終失效。

3、航空發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)中包含其不同運行階段的退化信息，對于不同的運行階段，需要采取不同的運維策略和對應的壽命預測模型，若選用的模型與退化階段不匹配，將會造成難以估量的損失，例如，當航空發(fā)動機進入快速退化階段即將失效時，若還采用緩慢退化階段的預測算法，則勢必會導致故障報警時間滯后，帶來不可估量的損失。因此，對航空發(fā)動機多階段退化分界點進行準確檢測顯得至關重要。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中的上述不足，本發(fā)明提供了一種航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，以期提升壽命預測算法與退化階段的匹配度，最終提高壽命預測精度。

2、為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

3、一種航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，包括以下步驟：

4、獲取航空發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預處理；

5、以監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計指標設定檢測閾值，利用檢測閾值對預處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行檢測，得到正常運行階段與緩慢退化階段的ⅰ型分界點；

6、在檢測到ⅰ型分界點存在后，采用增量極大似然法計算預處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)的增量極大似然差值，利用增量極大似然差值檢測緩慢退化階段與快速退化階段的ⅱ型分界點。

7、可選擇地，監(jiān)測數(shù)據(jù)包括：

8、數(shù)據(jù)采樣點的采樣時刻和幅值。

9、可選擇地，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預處理包括：

10、判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)是否滿足檢測條件；若是，則執(zhí)行下一步驟；否則繼續(xù)獲取航空發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)；

11、計算數(shù)據(jù)采樣點的幅值的樣本均值和樣本標準差；

12、對所有數(shù)據(jù)采樣點進行去均值處理。

13、可選擇地，檢測條件包括：

14、數(shù)據(jù)采樣點的數(shù)量大于或等于數(shù)量閾值。

15、可選擇地，對所有數(shù)據(jù)采樣點進行去均值處理包括：

16、

17、其中，xn為數(shù)據(jù)樣本點n去均值處理后的幅值，x′n為數(shù)據(jù)采樣點的幅值，為數(shù)據(jù)采樣點的幅值的樣本均值。

18、可選擇地，以監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計指標設定檢測閾值包括：

19、以數(shù)據(jù)采樣點的幅值的樣本均值與三倍幅值的樣本標準差之和設定檢測閾值。

20、可選擇地，利用檢測閾值對預處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行檢測，得到正常運行階段與緩慢退化階段的ⅰ型分界點，包括：

21、判斷連續(xù)三個數(shù)據(jù)采樣點去均值處理后的幅值是否均大于檢測閾值；若是，則當前數(shù)據(jù)采樣點為正常運行階段與緩慢退化階段的ⅰ型分界點；否則繼續(xù)檢測下一個數(shù)據(jù)采樣點。

22、可選擇地，增量極大似然差值的計算方式為：

23、

24、其中，為數(shù)據(jù)采樣點n分別位于兩個退化階段的增量極大似然差值，η1和σ1分別為緩慢退化階段的退化速率和擴散系數(shù)，η2和σ2分別為快速退化階段的退化速率和擴散系數(shù)，△xn-1為相鄰兩個數(shù)據(jù)采樣點去均值處理后的幅值差值，△tn-1為相鄰兩個數(shù)據(jù)采樣點的間隔時間。

25、可選擇地，利用增量極大似然差值檢測緩慢退化階段與快速退化階段的ⅱ型分界點包括：

26、判斷連續(xù)三個數(shù)據(jù)采樣點的增量極大似然差值是否均小于零；若是，則當前數(shù)據(jù)采樣點為緩慢退化階段與快速退化階段的ⅱ型分界點；否則繼續(xù)檢測下一個數(shù)據(jù)采樣點。

27、本發(fā)明具有以下有益效果：

28、本發(fā)明針對航空發(fā)動機，提出一種航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法。對航空發(fā)動機運行中的各個階段進行了定義和建模，通過3-3原則檢測ⅰ型分界點，通過增量極大似然差值法檢測ⅱ型分界點，能夠實現(xiàn)航空發(fā)動機三個運行階段的劃分，為預測模型和運維策略的選取提供了重要的參考。同時，本發(fā)明為在線檢測方法，僅需對當前采樣點進行分析，極大地減少了計算量。

技術特征：

1.一種航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，其特征在于，監(jiān)測數(shù)據(jù)包括：

3.根據(jù)權利要求1所述的航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，其特征在于，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預處理包括：

4.根據(jù)權利要求3所述的航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，其特征在于，檢測條件包括：

5.根據(jù)權利要求3所述的航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，其特征在于，對所有數(shù)據(jù)采樣點進行去均值處理包括：

6.根據(jù)權利要求1所述的航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，其特征在于，以監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計指標設定檢測閾值包括：

7.根據(jù)權利要求1-6任一項所述的航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，其特征在于，利用檢測閾值對預處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行檢測，得到正常運行階段與緩慢退化階段的ⅰ型分界點，包括：

8.根據(jù)權利要求1所述的航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，其特征在于，增量極大似然差值的計算方式為：

9.根據(jù)權利要求1或8所述的航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，其特征在于，利用增量極大似然差值檢測緩慢退化階段與快速退化階段的ⅱ型分界點包括：

技術總結
本發(fā)明屬于航空發(fā)動機剩余壽命預測與健康管理技術領域，公開了一種航空發(fā)動機多階段退化分界點在線檢測方法，包括獲取航空發(fā)動機監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行預處理；以監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計指標設定檢測閾值，利用檢測閾值對預處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行檢測，得到正常運行階段與緩慢退化階段的Ⅰ型分界點；在檢測到Ⅰ型分界點存在后，采用增量極大似然法計算預處理后的監(jiān)測數(shù)據(jù)的增量極大似然差值，利用增量極大似然差值檢測緩慢退化階段與快速退化階段的Ⅱ型分界點。本發(fā)明能夠有效地檢測出分界點，并極大地減少了計算量。

技術研發(fā)人員：蔡瀟,謝旻,李健,李鵬,李振祥
受保護的技術使用者：香港城市大學成都研究院
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6