用于监控飞行器发动机的振动的方法及系统与流程

本技术涉及航空飞行器，具体涉及一种用于监控飞行器发动机的振动的方法及系统。

背景技术：

1、国产民机的安全高效运营是市场成功的基础，而运营效益则是市场成功的关键。航线运营中，振动会直接影响发动机的正常工作和寿命，如果飞机发动机出现振动异常而不及时加以检查排除，就有可能造成飞机无法运行等严重的后果。

2、现有的发动机振动监控方法能够直接利用飞机中飞行记录器记录的qar数据生成发动机振动曲线，以用于监控发动机振动，从而便于及时发现发动机振动异常或者发动机振动故障。但是，由于现有的发动机振动监控方法未对原始信号进行审查校验等预处理，导致生成的发动机振动曲线不准确，由此使得通过发动机振动曲线监控到的故障与飞机实际故障报警及故障清单无法匹配。

技术实现思路

1、因此，为了克服现有的飞行器发动机的振动监控方法无法利用qar数据生成准确的发动机振动曲线，由此造成振动监控结果与实际不一致的问题，本技术提出了一种新的用于监控飞行器发动机的振动的方法。

2、本技术是通过下述技术方案解决上述技术问题的：

3、具体而言，根据本技术的一个方面，提供了一种用于监控飞行器发动机的振动的方法，其包括以下步骤：

4、读取飞行器飞行记录器中储存的有关选定航段的qar数据，并将qar数据译码为与发动机振动相关的多个参数在航段中各个时刻的参数工程值数据；

5、预处理多个参数的参数工程值数据以获得有效的参数工程值数据，随后基于预处理后的参数工程值数据按照行业规定计算发动机在航段中各个时刻的振动值；

6、采用d阶差分的方法对计算出的振动值进行平稳性处理以获得振动值的平稳的时间序列；以及

7、使用指数平滑方法预测未来时刻的振动值并进行曲线拟合，以获得基于时间变化的发动机振动指数平滑曲线。

8、本技术的监控飞行器发动机振动的方法利用海量的qar数据，通过机理分析抓取发动机振动的关键特征参数，并对获得的大量参数工程值数据进行预处理而获得有效的参数工程值数据，由此保证预测的振动值和生成的发动机振动指数平滑曲线的准确性。

9、同时，自qar数据转换获得的参数工程值数据中通常包含大量噪声以及随机因子，通过参数工程值数据计算获得的航段内振动值表现为不平稳的时间序列。通过对计算获得的振动值进行d阶差分处理，不仅能够保留确定性的随机信息，还能够减少因噪声等干扰因素引起的异常数据波动，由此获得发动机振动值的较为平稳的时间序列。

10、而且，指数平滑算法适合对具有平稳特性的时间序列数据进行预测和拟合，可以根据参数对数据赋予不同的权重进行调节。特别是对于单指数平滑方法，越早的数据所对应的权重越小，所起的作用也就越小。因此，基于通过d阶差分方法获得的平稳时间序列，能够通过单指数平滑算法进行时序数据的拟合和预测，并通过与行业头部专家的深入交流与不断的调优能够将指数定义为一个合理区间内的最优值，由此输出准确的用于监控发动机振动的拟合曲线。

11、总的来说，相比于传统的发动机振动故障监测，本技术所提供的监控发动机振动的方法通过对工程值数据的预处理，以及基于多种算法的优点在本技术中进行的合理运用，能够实现飞机发动机振动更高精度的状态监测和发动机性能的短期预测。

12、此外，通过监控发动机振动的指数平滑曲线，能够及时地监控到振动故障或者振动异常，从而及时发起预防维修，由此保持飞机发动机的动力性能，极大地避免成本高昂的非计划大修。

13、根据本技术的一种实施方式，用于监控飞行器发动机的振动的方法还包括：

14、采用arima算法对计算出的振动值进行d阶差分平稳性处理，随后通过arima算法进行降噪处理。

15、arima算法不仅能够进行确定性因素分解的时序分析，而且可以进行随机时序分析，集趋势性、相关性和随机性于一体。在本技术中，arima算法能够通过差分运算进行振动值的随机信息中的确定性信息提取，将不平稳的时间序列转换为平稳的时间序列，从而充分利用计算出的振动值在长期趋势与随机波动信息中的有效的信息。

16、此外，在保留随机信息后，还可以利用arima算法对平稳性处理后的时间序列进行白噪声检验，并进行后续的降噪处理，减少因噪声等干扰因素引起的异常数据波动，从而保证预测的振动值的准确性。

17、根据本技术的一种实施方式，qar数据为基于arinc717标准的二进制数据包，其中，读取飞行记录器中储存的有关选定航段的qar数据的步骤包括：

18、按照逐帧读入的方式读取qar数据中的有效二进制数据，其中，对于qar数据中的每一帧，识别每个子帧的起始字和终止字以确定有效数据的起始位置和终止位置，然后读取起始位置和终止位置之间的有效二进制数据。

19、根据arinc717标准记录数据的记录规则，与记录规则相匹配地采用逐帧读入的方法读取qar数据，从而保证准确、方便、快捷地读取qar数据中的有效二进制数据。

20、根据本技术的一种实施方式，读取飞行记录器中储存的有关选定航段的qar数据的步骤通过c语言编程完成。

21、根据本技术的一种实施方式，将qar数据译码为对应的工程值数据的步骤包括：

22、读取来自制造商的参数译码表中的参数配置信息；

23、调用所读取的参数配置信息；以及

24、按照参数配置信息逐帧地将所读取的有效二进制数据译码为对应的工程值数据。

25、根据本技术的一种实施方式，使用python语言编程读取参数配置信息，并使用c语言编程调用参数配置信息以及将所读取的有效二进制数据译码为对应的工程值数据。

26、根据python语言与人工语言的适配性，确定采用python语言编程读取参数配置信息。基于c语言的语言兼容性与计算能力的优异性能，确定采用c语言进行配置信息的调用和解码计算，从而快速完成qar数据译码的自动化作业。通过c语言和python语言结合的方式进行原始qar数据的译码，译码工作时间能够从2-3天每航段的人工操作缩短至分钟级，使得译码的效率和准确率均达到行业商用软件性能。

27、根据本技术的一种实施方式，获得多个参数在航段中各个时刻的参数工程值数据的步骤包括：

28、根据译码后的工程值数据中包含的参数名称确定与发动机振动相关的多个参数，以获取多个参数中的每一个参数在航段中各个时刻的参数工程值数据。

29、根据本技术的一种实施方式，与发动机振动相关的多个参数的参数包括：

30、飞行器的标识号、飞行器的尾号、起降机场经纬度、起降时间中点、发动机的低压转子转速、发动机的高压转子转速、发动机的低压转子振动最大值、发动机的高压转子振动最大值、发动机的低压转子振动最大值的拟合值和发动机的高压转子振动最大值的拟合值。

31、参数配置信息至少包括每个参数的名字、记录的字槽数和子帧、起始位和终止位、类型、正负情况和记录精度，因此通过机理分析确定与发动机振动相关的关键特征参数后，能够利用参数名称直接抽取相关的关键特征参数的工程值数据信息。

32、根据本技术的一种实施方式，预处理多个参数的参数工程值数据的步骤包括：

33、剔除极端的和重复的参数工程值数据，对缺失的参数工程值数据补零，检查参数工程值数据的有效性，以及修正无效的参数工程值数据。

34、根据本技术的一种实施方式，检查参数工程值数据的有效性的步骤包括：

35、读取参数工程值数据中起降机场的经度和纬度数据，采用欧拉距离算法将经度和纬度数据转换成距离数据，并将距离数据与标准机场距离数据进行匹配，

36、其中，当匹配不成功时确定对应的参数工程值数据无效，并且

37、其中，当匹配成功时，确定对应的参数工程值数据有效。

38、根据本技术的一种实施方式，修正无效的参数工程值数据的步骤包括：

39、用匹配成功的参数工程值数据替代匹配不成功的参数工程值数据，以修正无效的参数工程值数据。

40、对于同一航段中的工程值数据，其中包含的机场距离数据应当具有一致性且与实际的机场距离数据相符。对于数据量大小正常，且非零或者非明显异常的数据，可以通过将其对应的机场距离与实际机场距离数据进行比较，以确定数据是否有效。

41、如果计算出的对应的机场距离数据与实际的机场距离数据相差较大，或者不在设定的误差范围内，则可以确定用于进行比较的机场距离数据有误，进而可以确定该机场距离数据对应的工程值数据无效。对于无效的工程值数据，可进行剔除，并在剔除后使用平均值或者拉格朗日插值法进行填充，或者直接使用有效的工程值进行替换或填充。

42、通过数据预处理以及平稳性处理，能够将影响发动机振动时间序列的干扰因素进行过滤，从而大大提高发动机振动平滑指数曲线的鲁棒性。

43、根据本技术的一种实施方式，用于监控飞行器发动机的振动的方法还包括：

44、将译码后的工程值数据存储于航空数据湖存储器中。将译码后的工程值数据存储于航空数据湖中，便于后续根据需求，通过代码以封装函数的形式对译码后的qar数据进行相关业务运算。

45、根据本技术的一种实施方式，用于监控飞行器发动机的振动的方法还包括：

46、将计算出的振动值和拟合出的发动机振动指数平滑曲线存储于postgresql数据库中。

47、根据本技术的一种实施方式，用于监控飞行器发动机的振动的方法还包括：

48、通过显示单元同时显示计算出的振动值和拟合出的发动机振动指数平滑曲线。通过显示单元同时显示振动值散点和发动机振动值指数平滑曲线，使得用户能够直观地看到发动机振动值指数平滑曲线是否正确拟合，并且能够及时地发现发动机振动异常值，以进行后续动作。

49、根据本技术的一种实施方式，当判定预测的振动值超过预定的振动阈值时，确认发动机出现振动异常，并向客户发送告警提醒或者维护提醒。当振动值超过预定阈值时，向客户及时发送告警，从而便于客户及时做出维修或者检修的工作，避免发生事故。

50、航司通过监控振动异常值及趋势变化，结合用户自定义的预警值而提前执行维修工作，能够降低发动机构件的损耗，提高发动机及飞机运行的可靠性，并有效降低维修成本。例如，通过监控发动机振动的曲线，在发现异常情况时将维修关口前移，从而避免振动异常可能导致的空停风险，降低对发动机叶片、转静子叶片的损耗，进而延长发动机在翼时间，并提高飞机运行的可靠性。

51、根据本技术的一种实施方式，用于监控飞行器发动机的振动的方法还包括：

52、利用各个时刻的振动值拟合出一条基于时间变换的振动曲线，当观察到振动曲线具有包括周期性的规律性时，确定振动异常与发动机的高压转子转速以及低压转子转速强相关。

53、根据发动机振动原因的观察与机理分析，正常的发动机振动值曲线应当为一条直线，当发动机的转子转速与发动机功率等不匹配时，发动机会出现规律性的振动。因此，当生成的发动机振动值曲线超出预定的阈值且呈现一定的规律性时，可以初步判定发动机转子转速存在一定问题，可建议客户考虑调试优化转子的转速。

54、根据本技术的另一方面，提供了一种用于监控飞行器发动机的振动的系统，其中，系统包括处理器，处理器被配置为能够从飞行记录器处获取选定航段的qar数据，并执行前述方法。

55、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本技术各较佳实例。

56、根据本技术上述实施方式的用于监控飞行器发动机的振动的方法所能实现的有益技术效果和优点在于：

57、通过机理分析抓取发动机振动监控的关键特征参数，并对海量qar数据中相关特征参数进行抽取、预处理及建模，能够实现针对飞机发动机振动的监控。通过c语言和python语言实现原始qar数据的译码，由python语言读取配置参数，c语言编程进行解码，使qar数据译码工作时间缩短至分钟级，实现译码技术的效率和准确率达至商用软件性能。

58、该方法还对译码后的工程值数据进行重新审查和校验，利用同一航段的机场距离数据检查工程值数据有效性和一致性，剔除异常数据和重复数据，并利用验证有效的数据填充缺失数据以及修正经验证无效的数据，从而保证计算的振动值的准确性。采用d阶差分的方法对不平稳的振动值时间序列进行平稳性处理，不仅能够去除影响监控发动机振动值时间序列的干扰因素，从而大大提高模型的鲁棒性，还能够保留随机波动数据中的确定性有效信息，从而避免信息丢失或失真等问题。

59、相比于传统的发动机振动值监测方法，本技术提供的发动机振动值监控方法利用python语言通过arima算法、指数平滑算法和欧拉距离算法的综合运用，从数据预处理、特征提取、模式识别和模型调优等几个方面将影响发动机振动监控时间序列的干扰因素进行了过滤，并充分利用获得的工程值数据中的有效信息，大大提高了模型的鲁棒性，从而能够实现对航空发动机振动以及振动故障更高精度的状态监测和发动机性能的短期预测。