航空发动机振动监测与故障诊断技术研究进展

航空发动机汇集各领域高精尖技术,是国家科技、工业和国防实力的综合体现。复杂结构与恶劣服役环境致使其故障频发,发动机故障诊断与健康管理技术成为保障其安全、可靠运行的重要支撑。由于振动类故障是航空发动机的主要故障模式,本文从整机振动监测与故障诊断的系统研制与应用、理论研究现状及发展方向3个方面,对国内外现有航空发动机振动类故障诊断技术进行梳理、剖析,具体包括动力学分析、信号处理及深度学习等相关技术,分析航空发动机振动类故障诊断面临的问题与挑战,并归纳未来发展趋势。     

液体火箭发动机故障诊断技术综述

综述了液体火箭发动机故障模式与故障机理、故障诊断技术、故障诊断技术应用三个方面的研究进展。不同种类故障诊断方法的优缺点和应用场景各不相同,融合多种方法于一个健康管理系统,可以提升故障诊断的时间敏感性、对故障的覆盖性、对发动机工作阶段的覆盖性以及对传感器失效的鲁棒性。制约故障诊断方法在液体火箭发动机健康管理中应用的三个主要问题是：（1）故障诊断方法与对象结合不够紧密;（2）基础研究不足,故障模式和故障机理积累欠缺;（3）数据融合不足,信息量匮乏。     

民机故障智能诊断领域信息融合技术应用要点

<正>民机设备故障诊断技术是振动工程的一个分支,在民机设备维护中发挥着重大作用。现代民机被设计为具备主动故障检测和诊断的能力,其功能主要包括三个方面任务管理、健康管理和有效负荷操作。其中健康管理又包括故障预防和故障诊断。故障诊断是民机的重要功能组成,有效的诊断工作是保障运行安全水平与飞行任务的基本要素。随着人工智能技术在故障诊断上的应用,基于人类专家经验的设备故障诊断技术被实现,将故障诊断技术提高到一个新的水平。先进民机制造国都致力于此项技术的研究和开发工作。从20世纪80年代开始,基于专家经验和专家库的故障诊断系统开始研发和使用,时至今日,波音与空客等行业巨擘     

航空发动机故障诊断技术

<正>航空发动机是飞机的心脏,一旦发生故障,常常导致严重的飞行事故。因此,国内外航空界对发动机的故障诊断都进行过系统、深入的研究。发动机运行过程中,常常伴随故障的发生,必然产生诸如振动、噪声、温度、压力等物理参数的变化。航空发动机故障诊断技术就是依据这些参数的变化,来判断、识别发动机的工作状态和故障,对故障进行早期预报、识别,做到防患于未然,保证发动机安全、稳定、可靠地工作。故障诊断技术是实现航空发动机视情维修的重要一环,其关键在于连续监测或周期     

飞机转速摆动故障模糊诊断模型的建立及其仿真研究

鉴于传统故障诊断技术在飞机发动机故障诊断中不能较好吸收人类经验的缺点,文章运用模糊推理技术,模拟专家的故障诊断推理过程,建立了某型军用飞机发动机转速摆动故障的模糊故障诊断模型,并运用模糊神经网络对该模型进行了改进。仿真结果表明,所建立的模型可以很好地吸收维护人员的故障诊断经验,对故障原因可做出准确判断,训练完成的模糊神经网络模型可实现模糊模型的故障诊断功能,解决其不能自学习的问题。     

航空发动机故障诊断方法及测试流程分析

阐述了某型航空发动机工程研制中应用的发动机故障诊断方法及测试流程。根据发动机型号的使用特点和发动机故障诊断方法对FMECA分析结果进行故障分类,指出了各类故障在现有的测试技术下是否能进行故障诊断,并对能诊断的故障类型进行了详细的故障诊断及测试流程分析,经验证,发动机故障诊断方法及测试性流程可满足航空发动机型号的测试性需求。     

频谱分析在飞机排故中的应用

飞机机电系统正在向综合化和智能化发展,对故障的诊断技术提出了新的挑战。本文首先介绍倒频谱分析的原理与方法,然后就该方法在空客A320飞机增压系统故障诊断中的应用进行了深入分析,包括提取增压系统相关的故障特征和对相关故障模式进行识别,最后讨论了航空器故障诊断技术的发展。本文可为航空器故障诊断提供新的思路。     

基于数据驱动的航空发动机故障诊断与预测方法综述

航空发动机故障诊断与预测是航空发动机健康管理的重要内容,基于数据驱动的故障诊断和预测技术是航空发动机故障和预测领域广泛应用的方法。本文总结了基于数据驱动的航空发动机故障诊断与预测的主要方法及特点,展望了航空发动机故障和预测方法的未来发展方向。     

PHM技术在液压伺服系统中的应用

为了提高液压伺服系统的可靠性和可用性,将故障预测与健康管理（PHM）技术应用到该系统中,并对其核心技术进行研究。重点研究在液压伺服系统的性能发生退化时对该系统进行的故障检测、健康评估及预测。对液压伺服系统PHM技术研究可为系统故障检测、退化评估和寿命预测的工程实践提供有力的理论支撑,并且PHM技术研究是故障诊断技术新的发展方向。最终,实验结果证明了该PHM技术在液压伺服系统故障诊断上的有效性和适用性。     

基于阶比分析技术的燃气发生器转子支承松动

振动特征分析是燃气发生器健康监测与故障诊断的重要手段,其中非平稳信号阶比分析技术是机械振动特征分析的重要方法。针对某型双转子燃气发生器变速工况下发生的转子支承松动故障,在分析该故障振动机理的基础上,介绍了阶比分析技术与发生器整机振动测试系统,通过实例分析进行了故障诊断,找到了故障发生的原因,验证了方法的有效性和可靠性     

离子推力器加速栅寿命概率性分析

交换电荷离子对加速栅极的溅射腐蚀是离子推力器的关键失效模式之一,基于交换电荷离子对加速栅溅射腐蚀的物理机理,对离子推力器加速栅工作寿命进行了概率性建模。利用该模型对20cm Xe离子推力器加速栅寿命和其达到预期寿命的可靠度进行了评估。结果显示加速栅的寿命近似服从高斯分布,当推力器工作环境压力近似6.7×10-3Pa时,加速栅工作寿命达到3kh的可靠度为0.9352。     

推力器故障的刚体航天器自适应变结构容错控制

 针对刚体航天器存在未知惯量参数、推力器故障以及控制受限的姿态控制问题,提出了一类自适应变结构容错控制方法,显式地引入推力器输出的饱和幅值,以确保控制输出在其要求界的范围内;同时,引入控制参数在线自适应调整技术,提高了控制律对参数、干扰以及故障变化的自适应能力;对设计者而言,推力器故障信息不需要进行在线检测和分离。此外,进一步考虑存在推力偏差对系统性能的影响,设计控制器参数使得闭环系统对这类推力偏差具有L₂增益稳定性。最后,将设计的控制器应用于航天器的姿态机动控制,仿真结果表明该控制器能有效地抑制外部干扰、参数不确定性和推力器各种故障的约束,在完成姿态机动的同时,保证其控制输出满足饱和受限界的要求。     

基于新型终端滑模的航天器执行器故障容错姿态控制

针对受干扰的刚体航天器冗余执行器存在故障与控制受限的姿态跟踪控制问题,提出一类基于新型指数形式的非奇异快速滑模面（ENFTSM）与趋近律的姿态容错控制器设计方法。当部分推力器发生故障时,假设剩余推力器具有输出饱和特性且能提供足够推力保证航天器执行任务,相比一般终端滑模控制器,本文设计的控制器不仅能使系统状态以更快的速度到达平衡点,且不需要在线对执行器故障信息进行检测和分离。基于Lyapunov方法证明本文设计的控制器能保证闭环系统稳定,且能有效地抑制外部干扰、控制受限和执行器故障等约束。最后对提出的控制算法进行了数值仿真,其结果表明了该控制器的有效性。     

基于新型终端滑模的航天器执行器故障容错姿态控制简

 针对受干扰的刚体航天器冗余执行器存在故障与控制受限的姿态跟踪控制问题,提出一类基于新型指数形式的非奇异快速滑模面（ENFTSM）与趋近律的姿态容错控制器设计方法。当部分推力器发生故障时,假设剩余推力器具有输出饱和特性且能提供足够推力保证航天器执行任务,相比一般终端滑模控制器,本文设计的控制器不仅能使系统状态以更快的速度到达平衡点,且不需要在线对执行器故障信息进行检测和分离。基于Lyapunov方法证明本文设计的控制器能保证闭环系统稳定,且能有效地抑制外部干扰、控制受限和执行器故障等约束。最后对提出的控制算法进行了数值仿真,其结果表明了该控制器的有效性。     

空间推力器用铠装热控器件技术研究发展述评

空间推力器是调整航天器运行轨道和姿态的推进系统中的关键部件,为保证推力器启动温度和可靠运行,必须采用专门的热控设施。本文介绍了各类空间推力器的不同热控需求,重点阐述了目前空间推力器用铠装热控器件关键技术以及种类、性能和应用,总结了铠装热控器件的考核试验及判定指标,并提出了铠装热控器件技术的发展方向。     

霍尔推力器能量损失系统性评价方法

霍尔推力器典型效率在50%左右,其余能量在电离、加速、耦合等过程中耗散掉,为了明确推力器优化设计的重点方向,需要定量地研究各个物理过程中损失的能量。因此,本文从能量损失分析的角度入手研究影响霍尔推力器效率的典型物理过程及机理,建立了针对霍尔推力器能量损失的系统性评价方法,为霍尔推力器设计及优化提供理论支撑。从霍尔推力器能量转化过程入手,并以能量的最终作用对象及性质作为分类的标准,建立了新的能量损失体系,认为霍尔推力器损失的能量主要有：径向羽流动能、阳极沉积热能、壁面沉积热能、电离能、阴极耦合损失。针对各项损失能量建立了实验评估方法,实验结果显示,阳极热沉积、壁面热沉积、羽流发散导致的能量损失是制约霍尔推力器效率的主导因素,其占比分别达到5.2%、24.7%、6.1%。实验测得所有输出功率占输入阳极放电功率比例达到102.1%,经不确定度分析,认为是阳极热沉积、电离能、阴极耦合损失的高估导致的,但该方法诊断得到的各项损失相对数量级关系是确定的,利用实验校核了方法的可行性,为霍尔推力器性能以及设计水平的评价提供了新的视角。     

各推力级霍尔推力器研究现状与展望

介绍了霍尔推力器原理的基础上,推导分析了霍尔推力器推力的影响因素,总结了改变其推力的主要方法。概述了微牛级、毫牛级和牛级等不同推力级适用的航天任务类型,按照3个级别对国内外霍尔推力器型号进行了分类,分别对3个推力级各系列型号的发展及趋势进行了梳理与分析。对各推力级霍尔推力器发展的关键技术进行了展望。针对其中的技术瓶颈与发展趋势进行了总结分析。全面、系统地针对各推力级霍尔推力器进行了综述。结果表明:毫牛级发展最为成熟的推力级,而随着航天任务类型逐渐丰富,微牛级和牛级霍尔推力器发展潜力愈发突出;研究结果提出了霍尔推进器应提升整体性能、扩展推力覆盖范围,强化多模式工作能力,发展空心阴极以及探究不同推进剂等建议。该研究结果对于霍尔电推进的进一步发展具有参考价值。      

通信卫星推力器可靠性评估方法

针对通信卫星推力器服役寿命长、试验费用高、寿命试验所得数据通常较少等具体特点,提出一种推力器极少失效数据可靠性评估和寿命预测方法,并建立不同试验工况下试验信息的相互折算原则,有效解决了通信卫星推力器的高精度可靠性评估难题.对某型推力器脉冲试验和稳态试验数据进行了处理,分别给出其同步轨道运行可靠性和转移轨道运行可靠性评估结果.      

Thruster design for position/attitude control of spacecraft

The objective of this work is to design the configuration of thrusters and valves of a propulsion system which should reject external and internal perturbations to control position and attitude of a spacecraft. As has been proved in a previous paper by Pena et al. (see ibid., vol. 36, no. 3, 2000), there exist configurations of 6 thrusters which can achieve this task, even under the failure of any one of them. Nevertheless, that previous result only presents analysis conditions and furthermore its implementation would demand also 6 valves, one for each thruster. Here we propose a design method that can solve the aforementioned problem with 6 thrusters/3 valves.     

A brief review of alternative propellants and requirements for pulsed plasma thrusters in micropropulsion applications

Technological miniaturization has enabled the development of small satellites weighing as little as 1 kg. Unfortunately, there is still a lack of suitable efficient micropropulsion systems at these scales. The pulsed plasma thruster is a structurally simple form of electric propulsion. This simplicity also makes it ideally suited for miniaturization. Its history can be traced back to applications in satellites that are much larger than micro/nano-satellites. The vast majority of modern pulsed plasma thrusters use solid polytetrafluoroethylene (PTFE) as a propellant. Unfortunately, at lower discharge energy levels such as those necessitated by the power limitations of micro/nano-satellites, PTFE has a tendency to exhibit carbon deposition, which can ultimately lead to thruster failure. In this new era of small satellites, it is important to consider alternative propellants in the miniaturization of pulsed plasma thrusters. This brief review discusses the needs and limitations of small satellites and alternative propellants that may be able to meet these needs. Such propellants may be able to offer advantages such as a longer thruster lifetime, a higher specific impulse, or a higher thrust-to-power ratio. This would enable the development of different types of pulsed plasma thrusters that can be tailored towards specific mission requirements.