飞机结构健康管理的工程应用研究

飞机结构健康监控按其监控内容来分,可分为结构的寿命监控与管理和关键结构的损伤监控;若按其系统学科特征来分,则分为信号提取与采集和信号处理。本文在归纳分析国内外飞机结构寿命监控与管理的技术发展状况、以及结构损伤检测方法与工作原理的基础上,对当前飞机结构健康监控系统和技术应用提出了下一步的工作思路与展望。     

面向飞行器结构的健康监控技术研究现状

随着航空科学技术的飞速发展,大量新型材料和先进工艺的应用,现代飞行器结构外形、结构形式具有越来越复杂的趋势,传统的结构损伤监测与结构可靠性设计面临着新的挑战。结构健康监控技术采用先进的传感器在线监测结构响应,实时获取结构健康状态,评估结构剩余寿命,制定飞行器结构维修决策,是确保服役飞行器安全可靠运行的必要手段。综述了结构健康监控技术的研究进展、应用场合与发展历程,包括结构健康监控系统组成以及基本原理、基于超声导波的全局损伤诊断技术、基于光纤传感的结构状态感知技术、局部敏感区域损伤诊断技术、多传感器融合诊断技术、结构健康评估技术等,展望了面向飞行器结构健康监控技术的发展趋势。     

大数据时代的民机健康管理技术革新

正调研论述了大数据时代背景下,国内外制造商和航空公司健康管理技术的演化历程,并对民机健康管理技术进行展望,在分析民航业数据基础上,提出了面向民机健康管理应用的大数据平台架构与规划,阐述了民机健康管理服务模式和生态链。自上世纪90年代国际领先的民用飞机制造商引入飞机健康管理的概念和技术以来,经过了20多年的发展,目前已建立起基于空地双向数据通信系统的实时监控与健康管理系统,可实时收集飞机的状态信息,及时获取飞机的健康状态,     

直升机关键构件疲劳寿命监控中的核心技术

本文介绍了直升机结构疲劳寿命监控的技术和方法,指出了疲劳寿命监控的核心在于载荷谱的识别。并介绍了目前载荷谱监控的两种途径:直接载荷监控方法和飞行状态识别方法。最后根据我国实际情况,指出开展飞行状态识别研究,不适为一种适合我国情况行之有效的方法。     

基于分布式IMA平台的系统健康管理的设计与实现

随着分布式综合模块化航电（分布式IMA）系统的深入应用,需要针对分布式IMA平台的健康监控、故障管理、系统容错重构、系统运行日志等健康管理能力进行进一步研究。本文深入研究了 VxWorks653操作系统中的健康监控机制和ASAAC标准中的系统管理技术,以此为基础设计并实现了分布式IMA平台级和系统级的健康管理方案。在本文的方案中,对 VxWorks653操作系统的健康监控机制进行改进,使其能够满足自定义的故障处理需求,将ASAAC标准中的系统管理技术和IMA系统内故障信息的收集相结合,实现了对IMA系统内各进程、各分区、各模块乃至整个IMA系统进行健康管理。     

航空显示信号通用处理系统设计

介绍了一种采用全新的检测技术思想、有机组合通用货架仪器实现航空显示信号通用处理系统,适用于对各种航空显示和显示驱动设备的检测。详细说明了它的主要技术途径、功能、软硬件结构及功能。     

无参考主动Lamb波结构损伤时反成像监测方法

主动Lamb波损伤监测中的差信号方法获取损伤散射信号容易受到结构和环境等外界因素的影响。针对该问题,提出了无参考信号的损伤成像定位和监测方法;研究了回波式压电阵列的布置方法,并设计采用时间反转窗函数,清除Lamb波监测信号中的直接传播信息和边界反射信号,以截取出内部散射信号;通过控制压电阵列布局、设置窗函数等技术条件,基于时间反转理论中对波源的自适应聚焦原理,直接利用当前状态下的传感信号实现对结构损伤的实时成像、定位与评估,不再需要健康信号作为参考。在玻璃纤维复合材料板上的实验结果表明,该方法能较为准确地实时监测出损伤的位置、范围等特征。     

预测和健康管理技术

PHM的思想是利用各种先进的传感器采集系统的状态数据,并采用各种算法进行特征提取,获取系统的健康状态特征,以实现对系统健康状态的监控、预测和管理.PHM的目的不是消除故障,而是了解和预测故障何时发生.     

无人机故障预测与健康管理系统研究

PHM(故障预测与健康管理)技术作为一种新兴的故障诊断与管理方法,能对无人机重要部件、系统进行全面的健康状态监控、故障检测、分析判断处理,因而在无人机技术领域得到广泛重视和长足发展.文章通过对PHM技术的分析研究,搭建了无人机故障预测与健康管理系统的总体框架,并设计了无人机故障预测与健康管理系统模块.     

多传感器信息融合技术与无人机PHM系统

通过分析多传感器数据融合技术故障诊断方法,针对无人机的特点,在不增加系统硬件的情况下,充分利用无人机现有传感器获取的信号,提高无人机故障预测与健康管理(PHM)系统状态监测、健康评估和故障预测推理的准确性,并确定推理结果的置信度.     

飞机整体瞬态热状况的数值仿真研究

 在分析飞机内外热环境的耦合传热机制基础上，建立了描述飞机整体瞬态热状况的物理数学模型。引入壁面热流函数，将飞机蒙皮外的气动对流与辐射换热作用转化为舱内热分析的浮动热边界条件，实现了飞机内外耦合热作用的解耦计算，避免了难以实现的直接耦合求解。采用区域分解技术，将飞机整体分解为特性不同的多个求解区域。采用蒙特卡罗法求解舱内设备之间的辐射换热，采用热网络法求解设备内部及各设备之间的辐射-导热-对流耦合换热。利用该方法对某型飞机飞行过程中的瞬态热状况进行了数值模拟，获得了飞机舱内的瞬态温度场，分析了相关因素的影响，为飞机设计及相关研究提供了重要依据。     

绕平头回转体非定常空化流体动力特性研究

采用高速全流场显示技术和动态应变式测力系统实验研究了绕平头回转体的非定常空化流动及其动力特性。实验在闭式水洞中进行,采用高速摄影的方法观察了在不同空化数下绕平头回转体的空穴形态,应用自编软件对图像进行处理获得了空穴尺度随时间的变化,测量了所受到阻力,并对空穴尺度和阻力信号的时域与频域进行了分析,得到了平头回转体阻力在非定常空化阶段的时频特征。结果表明：在各个空化阶段,空穴尺度及其对应的动力特征均呈现明显的非定常特性。在空化数较大时（σ=1.05～1.20）,仅在回转体头部后端区域存在不稳定的空泡脉动区域,此时,由阻力系数得到的时频信号呈无规则的波动;当空化数降至0.75以下时,出现了大尺度空穴断裂与空泡团脱落现象,捕捉到了绕平头回转体空泡的非定常周期性脱落过程和典型特征频率。绕回转体阻力系数曲线随着空化数的减小波动幅度不断加大,并且空穴尺度和平头回转体所受阻力主频随之发生改变,特征频率逐渐显现,并且形态特征频率与动力特征频率存在高度的相关性。     

叶轮机械气动声学频域分析

得到中弧线小弯度薄叶片叶轮机械声场的详细结果。讨论适用于近声场, 叶片的弯、掠等几何特征及运行条件也都在频域解中显式地表示出来。      

跨、超音速流动的区域分解方法与并行算法

研究二维跨、超音速无粘性流动的 Euler方程区域分解方法、并行算法及其应用。通过内边界耦合条件实现相邻子区域解的光滑过渡,以得到总体流场的数值解。发展了一种多块区域之间守恒型的有效内边界耦合方法,对二维翼型跨音速流动和钝头体超音速流动等进行了分区数值求解,分区计算结果与其他单区计算结果作了比较,并讨论了多种区域分解数目的分区计算效率。并行计算采用纯结点并行编程方式和“先进先出”的同步控制等待机制,利用 PVM并行环境对二维绕翼型跨音速流动做了二区和四区分区并行计算。     

航空发动机砂尘吸入物静电监测仿真实验

提出了航空发动机砂尘吸入物静电监测的仿真实验方法,实验以软件ANSYS电磁场分析模块建立有限元模型为基础,模拟不同粒径、荷质比、运动速度及质量浓度情况下砂尘吸入物的静电感应信号,并分别从时域与频域对感应电荷与电压信号进行分析,研究砂尘吸入物的粒径及其他宏观参数与静电监测信号之间的关系,建立用以表征砂尘颗粒粒径大小的特征指标。基于IDMS(进气监测系统)感应电压信号功率谱密度分布建立了特征向量,并以其曼哈顿距离与欧氏距离作为特征指标表征砂尘颗粒粒径大小。经仿真实验验证:特征指标与砂尘粒径呈正相关,且不受砂尘吸入物运动速度及荷质比变化的影响,但受砂尘吸入物质量浓度影响。进一步研究将利用质量浓度对特征指标进行修正,并开展验证实验。      

锯切圆柱形42CrMoA的声发射监测试验

针对锯切加工中的带锯条磨损状态未知、锯切质量下降等问题，本文研究了新试制的FTCUT双金属带锯条锯切圆柱形42CrMoA合金结构钢过程中锯切行为的变化，探讨了声发射信号与单刀锯切过程、锯齿磨损和锯切表面质量变化的关联。研究表明：锯切圆柱材料时随着锯切深度的变化，参与齿数先增大后减小，带锯条约束条件不断变化，进而影响着声发射信号幅值和锯切表面质量；基于时域分析可知锯齿磨损过程分为磨合磨损、快速磨损、稳定磨损三个阶段；基于FFT频域分析发现当频谱图出现多个主频，且第一主频幅值下降时，表明声发射信号来源比较分散，即可认定带锯条失效；基于小波包频域分析发现第7频段信号占比最高，最能反映工件表面质量的变化，其波动情况与锯切表面的微纹和波纹情况可建立一定的联系。因此，可基于声发射信号时域和频域分析判断锯齿磨损和锯切表面恶化情况，为锯齿磨损和锯切表面质量的在线监测提供一定的思路。     

Force measurement using strain-gauge balance in shock tunnel based on deep learning

When a force test is conducted in a shock tunnel, vibration of the Force Measurement System (FMS) is excited under the strong flow impact, and it cannot be attenuated rapidly within the extremely short test duration of milliseconds order. The output signal of the force balance is coupled with the aerodynamic force and the inertial vibration. This interference can result in inaccurate force measurements, which can negatively impact the accuracy of the test results. To eliminate inertial vibration interference from the output signal, proposed here is a dynamic calibration modeling method for an FMS based on deep learning. The signal is processed using an intelligent Recurrent Neural Network (RNN) model in the time domain and an intelligent Convolutional Neural Network (CNN) model in the frequency domain. Results processed with the intelligent models show that the inertial vibration characteristics of the FMS can be identified efficiently and its main frequency is about 380 Hz. After processed by the intelligent models, the inertial vibration is mostly eliminated from the output signal. Also, the data processing results are subjected to error analysis. The relative error of each component is about 1%, which verifies that the modeling method based on deep learning has considerable engineering application value in data processing for pulse-type strain-gauge balances. Overall, the proposed dynamic calibration modeling method has the potential to improve the accuracy and reliability of force measurements in shock tunnel tests, which could have significant implications for the field of aerospace engineering.     

控制策略对无轴承开关磁阻电机定子振动的影响

 介绍了无轴承开关磁阻电机(BSRM)的基本原理和3种负载控制策略,分析了3种负载控制策略确定控制参数的方法。由于脉动的径向电磁力是开关磁阻电机定子振动和噪声的根源,将麦克斯韦张量法和磁路法结合起来计算了不同控制策略下无轴承开关磁阻电机定子极受到的径向电磁力。3种控制策略求解过程所引入的约束条件不同,即使在相同的负载条件下,计算出的主绕组和悬浮绕组电流及超前角也各不相同,电机定子极径向电磁力特性也各异。通过时域分析和频域分析的方法研究了定子极径向电磁力特性,得到了3种控制策略对定子振动的影响。最后通过实验验证了理论分析所得结论的正确性。     

正弦波形畸变和失真度的分析

测试波形的畸变程度可用波形的失真度来表示.目前常用的频域法求取和计算失真度的结果与波形的畸变有背离的地方.实际失真度很大,测出来的值却偏小.本文提出一种INV时频法,可以弥补频域法的缺陷,文内给出了计算实例.