一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法

本发明属于流体领域，涉及一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法。

背景技术：

1、航空柱塞泵是机载液压系统的“心脏”，其性能与可靠性直接影响飞机的安全性与可靠性。航空柱塞泵回油滤用于过滤柱塞泵运行过程中由于摩损产生的金属碎屑、杂质、污染物等，随飞机运行时间增加，回油滤会不可避免地沉积颗粒污染物，当回油滤产生一定的堵塞时会导致回油滤前后压差增大，壳体回油背压不断提高，此时若旁通阀不开启，过高的回油背压会导致柱塞泵内部摩擦副的油膜失稳、磨损加剧，甚至壳体破裂；若将旁通阀打开，颗粒污染物会直接进入液压系统，导致内部精密配合的运行部件卡滞，润滑性能下降磨损加剧。由此可见回油滤对航空柱塞泵的安全运行至关重要，当前在飞机的运行过程中若出现发动机油滤堵塞报警，按照《民用航空器征候等级划分办法》规章要求机组人员需停车进行排查、更换回油滤，直接影响运行经济性。根据统计发动机维修费用约占飞机维修成本的四成左右，停机更换回油滤无疑会增加航空公司的成本，降低经济性，因此针对航空柱塞泵回油滤的状态不可监控，难以诊断的问题，提出一套基于油滤压差的航空柱塞泵回油滤智能监测与诊断系统，该系统利用现有机载传感器，无需加装额外设备即可完成对回油滤的状态监测与评估，视情维修或者更换即将失效的回油滤，预防并化解潜在故障风险，保障航空柱塞泵运行可靠性与安全性。

技术实现思路

1、(一)发明的目的

2、本发明的目的是针对回油滤监测迫切性和诊断困难的难题，提出一种基于机载柱塞泵油滤测量信号的智能监测与诊断系统。探究回油滤前后压差与回油滤内部堵塞程度之间内在规律，开展回油滤压差特性建模、回油温度对压差贡献度分析、单个飞行架次最大流量与最大压差智能识别、回油滤寿命预测方法研究，开发回油滤最大压差智能监测与诊断系统，提出基于机载柱塞泵油滤测量信号的智能监测与诊断系统，为航空柱塞泵安全运行与维护提供支持。

3、(二)技术方案

4、本发明的技术方案是：一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法，包括以下步骤：

5、(a)回油滤压差特性建模；

6、(b)回油滤温度、压差数据修正入库；

7、(c)回油滤寿命预测算法设计；

8、(d)智能监测与诊断系统开发；

9、步骤(a)所述的回油滤压差特性建模方法如下：

10、(1)分析回油滤滤油孔径与滤油长度，获取最大通油过滤能力；

11、(2)基于等效节流理论建立回油滤等效数学模型，；

12、(3)推导回油滤压差关系式；

13、δp＝k(q，t)f(d)                       (式1)式中，k(q，t)为可确定的压差系数，f(d)为与回油滤通油孔径相关的函数，用于表征油滤的堵塞程度。

14、步骤(b)所述的回油滤温度、压差数据修正入库方法如下：

15、(1)根据柱塞泵机载压差与温度传感器数据，初步设定压差系数k(q，t)；

16、(2)根据压差数据计算单个飞行架次回油滤工作时长t；

17、(3)基于柱塞泵液压油的黏温特性，修正压差系数k(q，t)，绘制压差及流量随时间变化曲线；

18、(5)智能识别最大流量处对应的最大压差值，将每个飞行架次中最大压差δp与工作时间t录入数据库。

19、步骤(c)所述的回油滤寿命预测算法设计方法如下：

20、(1)根据回油滤滤油能力设定最大允许压差值δpmax；

21、(2)根据建立的数据库，提取历史架次最大压差-飞行时长点集(δp，t)；

22、(3)针对最大压差-飞行时长点集进行智能规律识别，分析最大压差变化规律，预测数据库点集以外的最大压差分布情况(δpm，tm)；

23、(4)基于预测的最大压差变化规律，计算回油滤到达最大允许压差值δpmax所对应的飞行时长tmax，计算回油滤剩余寿命tres；

24、步骤(d)所述的智能监测与诊断系统开发方法如下：

25、(1)分析回油滤、液压油特性，在系统内建立压差特性模型；

26、(2)开发数据处理系统，系统基于黏温特性生成修正的压差与流量曲线，智能识别最大压差并录入数据库；

27、(3)设计回油滤寿命预测算法，对数据库内点集进行智能诊断，预测回油滤最大压差变化规律，计算剩余寿命；

28、(4)开发回油滤寿命监测与诊断系统，飞行结束后系统基于预测算法提供剩余寿命；用户输入下一架次飞行时长，预测未来最大压差值，提升是否需要更换回油滤；

29、(5)对该系统进行试验/仿真，每一次飞行架次结束后重复进行步骤(b)、(c)，验证对最大压差以及剩余寿命的监测与诊断效果，若不满足精度需求则对模型进行优化与修正。

30、(三)本发明有益效果

31、本发明的有益效果为：本发明提供的一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法，以机载液压系统回油滤的状态监测为出发点，依据回油滤压差特性分析回油滤剩余寿命与最大压差关系，优化设计回油滤状态监测与诊断系统，最终通过仿真验证该系统的可靠性。解决了当前航空柱塞泵回油滤监测困难、无法诊断等缺点。本发明有效地利用了机载现有传感器实现无流量信号下的回油滤状态监测与诊断，剩余寿命预测精度可达到半飞行架次，适用场景广泛。

技术特征：

1.一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法，其特征在于：步骤(a)所述的回油滤压差特性建模为：回油滤在工作过程中受其等效通油孔径的大小影响其前后压差，随回油滤堵塞程度增长，相同流量下的回油压差不断增大，可将其看成一个等效节流孔进而计算其压差特性。具体法如下：

3.根据权利要求1所述的一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法，其特征在于：步骤(b)所述的回油滤温度、压差数据修正入库为：飞机飞行不同架次过程中，考虑经过其回油滤的回油温度，回油流量以及滤油时间对压差的影响，为了做出准确的寿命预测，对回油滤进行飞行架次的数据入库。具体方法如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法，其特征在于：步骤(c)所述的回油滤寿命预测算法设计为：利用历史飞行架次中最大压差δp-工作时间t曲线，预测最大压差变化趋势，基于回油滤可允许的最大压差判断其剩余寿命。具体方法如下：

5.根据权利要求1所述的一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法，其特征在于：步骤(d)所述的智能监测与诊断系统开发为：

技术总结
本发明提供一种基于压差与温度信号的机载柱塞泵回油油滤剩余寿命预测方法，属于流体领域，主要包括：(A)回油滤压差特性建模；(B)回油滤温度、压差数据修正入库；(C)回油滤寿命预测算法设计；(D)智能监测与诊断系统开发。本发明基于回油滤工作原理对回油滤进行压差特性建模与计算，利用压差ΔP变化规律来表征回油滤堵塞状态，开发智能预测算法对回油滤进行寿命监测与诊断，解决了无流量信号下航空柱塞泵回油滤无法监测难以诊断的问题。

技术研发人员：王岩,李正闻
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2025/1/6