航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法

本发明属于航空航天领域，特别是一种航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法。

背景技术：

1、航空发动机的性能调节依赖于精确的飞行数据，包括高度和马赫数信号。这些信号通常由飞机传感器系统提供，并实时传输至发动机控制单元，以实现最佳的发动机性能与燃油效率。然而，飞行器在高动态飞行环境中，如高速或大气层边缘操作时，传感器系统可能会遭遇短暂故障，导致高度和马赫数信号的中断。这种信号中断可能影响发动机的性能调节，甚至威胁飞行安全。

2、现有技术通常无法处理此类信号丢失情况，因此往往无法任何时刻都能准确反映在高动态条件下的实际飞行状态，或不能及时响应快速变化的飞行环境。因此，存在一种迫切需要，即开发一种可靠的高度和马赫数预测方法，该方法能够在飞行器传感器信号故障时，利用发动机已有的测量参数来准确预测飞行状态，确保发动机控制系统能够继续进行有效的性能调节，保障飞行器的正常运作和飞行安全。

3、在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法，能够在飞行器传感器信号故障时，利用发动机已有的测量参数来准确预测飞行状态，确保发动机控制系统能够继续进行有效的性能调节。

2、本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法包括：

3、步骤s100：飞机向航空发动机传输高度、马赫数以及数据是否有效的三个信号；

4、步骤s200：判定数据是否有效；

5、步骤s300：若数据有效，航空发动机更新记录的高度、马赫数以及静温温漂以供下次传输信号使用；

6、步骤s400：若数据无效，通过上次记录的高度、马赫数以及静温温漂，计算理论总温、理论总压关于高度、马赫数的偏导数；

7、步骤s500：利用偏导数预测此时的高度和马赫数，航空发动机更新此时的高度马赫数以供下次传输信号使用；

8、步骤s600：利用发动机部件级数字模型进行仿真，验证精度。

9、所述的一种航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法中，步骤s100中，每隔一段步进时间steptime，飞机的传感器对高度及马赫数进行一次检测，检测后的高度及马赫数传输至航空发动机的端口，其中高度、马赫数以及数据是否有效这三个信号记为h0、m0、ok，ok信号非0即1。

10、所述的一种航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法中，步骤s200中，航空发动机对于数据是否有效信号ok进行判定，如果为1，代表高度及马赫数有效，供后续使用，如果数据是否有效信号ok不等于1，则代表高度及马赫数无效。

11、所述的一种航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法中，步骤s300中，如果数据有效，数据是否有效信号等于1，更新记录的高度h1、马赫数m1以及温漂值dt，

12、温漂的惯性滤波公式如下：

13、dt＝dt+steptime*(t1-t)

14、式中steptime为步进时间，飞机传输给航空发动机信号间隔，等式右端的dt为上一次的惯性值，等式左侧dt为此次滤波计算值，t1为发动机测得的总温，t为高度及马赫数推算得到的理论总温。

15、所述的一种航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法中，步骤s400中，当数据无效时，飞机向航空发动机传输的高度h0、马赫数m0不存在或者不真实，通过记录的高度值h1、马赫数m1计算出理论总温t、理论总压p关于高度、马赫数的偏导数计算方式如下所示：

16、

17、

18、

19、

20、式中，δh、δm分别是高度、马赫数的微小变化量；

21、理论总温t、理论总压p的计算方法如下所示：

22、t＝t0*(1+0.5(k-1)m12)

23、

24、式中，t0、p0分别是理论环境静温与理论环境静压，k为绝热系数，

25、利用高度及马赫数代入标准天条件下的插值函数，得到理论环境静温t0与理论环境静压p0，

26、理论环境静温t0与理论环境静压p0的计算公式如下所示：

27、

28、

29、式中：h[i]代表第i个高度插值点，h位于h[i-1]与h[i]之间；t[i]代表第i个环境静温插值点；p[i]代表第i个理论环境静压插值点；dt代表静温温漂。

30、所述的一种航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法中，步骤s500中，利用理论总温t、理论总压p关于高度、马赫数的偏导数推算高度、马赫数相对上一次的变化量，计算公式如下：

31、

32、

33、式中，t1为此次发动机测得的总温，p1为此次发动机测得的总压；t为理论总温，p为理论总压，

34、得到预测的高度与马赫数，并且记录为更新值，计算公式如下：

35、h1＝h1+dh

36、m1＝m1+dm。

37、所述的一种航空发动机对高度及马赫数故障信号预测方法中，步骤s600中，利用航空发动机部件级数字模型，设置步长时间内随机的高度变化量和马赫数变化量，并设置温漂随时间线性变化，输入量为航空发动机部件级数字模型每次输出的参数，其包括高度、马赫数、总温、总压、数据是否有效信号，输出量为预测的高度、马赫数，其中航空发动机部件级数字模型输出的高度马赫数参数视为飞机传输来给航空发动机的真实数据，在不同高度设置一段故障时间，即ok＝0，其余时间ok＝1，最终对测试结果进行统计，记录在故障时间内，累积最大误差处的发动机模型实际高度、预测高度及其高度绝对误差；发动机模型实际马赫数、预测马赫数以及马赫数绝对误差，

38、根据不同故障时间内的预测值与真实值得到最大误差，计算公式如下：

39、εh＝max|h1-h*|

40、εm＝max|m1-m*|

41、式中，h1、m1为使用预测方法得到的预测值、h*、m*为航空发动机部件级数字模型输出的状态值。

42、和现有技术相比，本发明具有以下优点：航空发动机中参数总温总压是航空发动机测得，不会故障，高度马赫数信号是飞机传输来的，有故障可能。因此在温漂记录时，虽然飞机只传来高度马赫数，但是由于发动机测得总温总压时刻准确，可以通过公式计算温漂。本发明能够在飞行过程中自动切换到预测模式，提高了飞行安全性，降低了因高度和马赫数数据丢失导致的飞行事故风险。本发明考虑到了环境静温的漂移，无论是标准天还是非标准天都可适用。本发明考虑到了上一时刻的高度马赫数，起到惯性滤波作用，使得故障时高度马赫数不会出现突变数据。

43、基于偏导数和发动机模型，具有较高的精度和实时性，能够在短时间内为飞行员提供可靠的高度和马赫数信息。本发明的算法实现相对简单，易于集成到现有的航空发动机控制系统中，不需要额外的硬件设备，降低了系统的复杂性和成本。