直升机行星传动轮系故障诊断研究进展

行星传动轮系是直升机传动系统的核心部件,是直升机健康和使用监测系统(HUMS)重要的监测对象。直升机行星传动轮系具有结构复杂紧凑、组件繁多、工况瞬时多变以及使用环境恶劣等特点,导致直升机行星传动轮系振动信号污染严重、成分复杂,具有较强的非平稳性和耦合调制特征。另外复杂的故障模式、较少的故障样本,也都增加了直升机行星传动轮系故障诊断的难度。面对这些难题,研究人员在基于信号降噪与信号分离、时频分析与解耦解调、数学建模与模式识别的故障诊断技术上取得了丰硕的成果。面对仍然存在的一些亟待研究和解决的问题,提出了直升机行星传动轮系故障诊断技术的研究方向以及未来的发展趋势。     

某直升机主减速器行星轮系功质比的区间多目标优化

针对某型直升机主减速器行星轮系功质比的优化问题，建立含有密度和啮合摩擦因数等不确定性参数的区间多目标优化函数及相应的约束函数，利用改进的区间多目标分层优化方法，得到多目标优化函数的最优结果区间和参数变量，对优化前后主减速器行星轮系的传动性能进行深入比较。根据优化结果设计直升机主减速器行星轮系的传动效率试验方案，试验结果表明:区间多目标优化后主减速器行星轮系质量减少6.2%，传动效率提高2.14%，且效率曲线变化随着载荷的波动更加趋于稳定，说明区间多目标优化方法应用于某型直升机主减速器行星轮系功质比优化方面的有效性。      

含行星架裂纹故障的行星齿轮箱振动仿真

为深入了解行星架裂纹故障振动频谱结构，提出一种考虑时变传递路径和行星轮系载荷非均匀分配的振动仿真模型。根据裂纹导致的行星轮角位移函数，分析了行星轮角位移对行星轮系载荷分配特性的影响，仿真分析了行星架裂纹导致的行星轮角位移和行星轮系载荷非均匀分配下的频谱边带结构。仿真结果表明：行星轮个数为3时，边频带仅受行星轮角位移影响，随行星轮个数增加到4、5时，频谱边带受行星轮角位移和载荷分配共同影响，阶比谱出现以行星架旋转阶次为间隔的调制边带成分。通过对比行星轮个数为3的齿轮箱仿真与实测信号的阶比谱边带结构，验证了模型的有效性。     

多激励下某直升机传动系统动载特性

针对由弧齿锥齿轮和行星轮系构成的直升机传动系统,构建了纯扭振动模型,采用集中参数法建立了齿侧间隙非线性动力学方程.通过有限元方法求得了时变啮合刚度,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对动力学方程进行了数值求解,借助动载系数、相图、Poincaré截面图、快速傅里叶变换频谱图等分析手段,研究了传动系统在时变啮合刚度、齿侧间隙、综合传动误差、外载荷等多种激励作用下系统的动载特性.结果表明啮合刚度对传动系统的影响最大,动载系数最大值为1.5;齿侧间隙对系统响应特性的影响是有限的;啮合误差在一定程度上抑制了齿轮系统的振动;外载荷波动对不同速级的影响不同,动载系数最大值发生在并车传动.     

封闭行星齿轮传动系统的扭振特性研究

本文建立了封闭行星齿轮传动系统的扭振计算模型,模型中考虑了行星轮和星轮的啮合相位,行星架的弹性变形和负载惯性。用数值解法获得了在受周期性变化的齿轮啮合刚度和齿频综合误差激励下的齿轮啮合动载荷和在不同的输入转速下的动载荷系数。分析了在星形轮系和行星轮系动力耦合情况下齿轮系统的动态特性,得出了对封闭行星齿轮传动设计有意义的结论。      

行星齿轮非线性振动系统参数稳定域的计算方法

研究了行星齿轮非线性传动系统参数稳定域计算的一般方法.该方法通过选取合理的失稳阀值,根据考查参数域内系统的运动状态选取合适的数值积分时间段,以循环套嵌的手段计算考查参数在各自范围内不同组合下的系统位移响应最大值,比较失稳阀值以判稳,参数稳定域的图形输出等5个步骤完成对行星轮系参数稳定域的计算.最后,以四自由度行星轮系纯扭转非线性振动模型为例,以行星轮输入转速、系统的齿侧间隙以及齿轮副的啮合阻尼系数为考查参数,分别计算得到了系统的单参数稳定域、双参数稳定域以及三参数稳定域,为行星轮系的设计取值提供了重要参考.      

Method of stability region determination for planetary gear train＇s parameters based on nonlinear vibration model

研究了行星齿轮非线性传动系统参数稳定域计算的一般方法.该方法通过选取合理的失稳阀值,根据考查参数域内系统的运动状态选取合适的数值积分时间段,以循环套嵌的手段计算考查参数在各自范围内不同组合下的系统位移响应最大值,比较失稳阀值以判稳,参数稳定域的图形输出等5个步骤完成对行星轮系参数稳定域的计算.最后,以四自由度行星轮系纯扭转非线性振动模型为例,以行星轮输入转速、系统的齿侧间隙以及齿轮副的啮合阻尼系数为考查参数,分别计算得到了系统的单参数稳定域、双参数稳定域以及三参数稳定域,为行星轮系的设计取值提供了重要参考.     

直升机主减速器行星齿轮系热分析

以直升机主减速器行星齿轮系为研究对象,给出了对流换热系数的计算方法,并应用有限元分析软件对齿轮的摩擦升温进行了分析,得到摩擦导致的行星轮系温度场以及齿轮失效时间,用于指导主减速器内部润滑系统及齿面强度、耐磨性的设计,提高主减速器的干运转能力。     

先进的直升机传动系统技术应用研究

对国外部分先进直升机传动系统技术应用进行了分析与研究,介绍和总结了国外部分先进的直升机传动系统设计理念、主要结构和相关参数,可为从事直升机传动系统的设计人员提供参考与借鉴.     

行星齿轮传动系统的稳态热分析

行星齿轮传动系统中,各零部件的本体温度和温度场的分布对系统的工作性能和可靠性有重要影响。以直升机的主传动系统中的行星齿轮系统为对象,建立了其发热模型和热传递模型,利用热网络分析法从而得到该系统的稳态温度分布,为行星齿轮传动系统的稳态热分析提供了一个有效的方法,并为行星齿轮系统的瞬态热分析奠定了基础     

准双曲面齿轮冷摆辗方案回弹误差补偿

提出一种冷摆辗方案,该方案简化了模具结构,采用局部线接触连续塑性成形.采用位移修正算法构建回弹误差补偿迭代系统,对冷摆辗模具进行修正来降低回弹误差.该系统的特点是首先用修正算法预估下一次冷摆辗假设无回弹时工件的几何形状,然后由冷摆辗模具设计原理推出所需要的新冷摆辗模具.基于弹塑性有限元法基本理论,借助有限元数值模拟技术进行实例验证,分析结果证明:该回弹误差补偿迭代系统只需3次迭代工件误差已经在允许的范围内,因此其可大大的缩短生产周期和成本.      

自适应滑模容错跟踪飞行控制律的设计

当飞行控制系统操纵面发生卡死或控制效率损伤故障时,采用自适应滑模控制方法进行容错跟踪飞行控制律的设计。采用单位向量法进行滑模控制器的设计,利用李雅普诺夫理论和Barbalat引理设计自适应滑模调节规律,同时能够保证闭环系统的渐近稳定性。利用某型飞机线性化模型进行仿真,结果表明,带有自适应调节规律的滑模控制方法不仅适合于正常情况下飞行控制律的设计,而且对操纵面损伤和卡死故障情况具有较强的适应能力,具有很好的跟踪控制效果和强鲁棒性。     

永磁直线同步电机滑模控制系统

设计了一种基于滑模变结构的永磁直线同步电机(PMLSM)矢量控制系统。从直线电机的基本工作原理出发,通过坐标变换,建立PMLSM在两相同步旋转正交坐标系上的数学模型。基于滑模变结构和李雅普诺夫稳定性理论设计转速调节器,组成PMLSM滑模控制系统。为了验证该控制系统的有效性,在MATLAB/Simulink平台下搭建系统的模型并进行仿真。仿真表明,该控制系统具有很强的鲁棒性。     

AHPSO-SVM预测超声内圆磨削ZTA陶瓷的边界损伤

为解决普通加工方式易出现工程陶瓷边缘碎裂的问题,本文对超声内圆磨削工程陶瓷边界损伤预测系统进行了研究。在35 kHz轴向超声磨削与普通磨削两种条件下独立进行试验,运用支持向量机研究工艺参数与边界损伤影响规律,采用改进的粒子群算法优化支持向量机,建立采用混合核函数的AHPSO-SVM预测模型。研究结果表明,超声激励下试件边界损伤降幅为10.05%～21.23%,AHPSO-SVM预测模型MSE为0.378 4、平均相对误差为1.369 0%、30次适应度值标准差为0.020 2。相比于普通磨削,超声磨削可使ZTA陶瓷边界损伤值显著降低;建立的AHPSO-SVM模型具有较好的学习能力、泛化性能与良好的稳定性。     

飞机尾旋特性的综合数据分析法

为得到飞机的尾旋特性准确的非线性仿真结果,提出了新的综合数据分析方法,在气动力建模时采用综合因子,合理地将总角速度分解成沿速度矢的分量和沿３ 个体轴的分量,沿速度矢量的旋转角速度用于旋转天平试验数据;旋转角速度的其它分量用于振荡天平试验数据,综合地使用了各类试验数据。给出的不同类型的六自由度仿真结果表明,综合数据分析法的结果和试飞结果相当吻合。     

基于RF-SVR的燃油计量装置性能衰退检测和剩余寿命估计方法

为了实现航空发动机燃油系统的安全状态监测和健康管理,开展了燃油系统性能衰退检测和剩余使用寿命估计方面的研究。以燃油系统燃油计量装置为例,分析了其主要的性能衰退模式,设计了基于电流-速度数据的健康指标(HIs)选取方案,并考虑环境及模型参数不确定性,进行模型不确定性仿真,基于健康数据与性能衰退数据间的马氏距离对部件性能衰退进行检测。提出了基于随机森林-支持向量回归(RF-SVR)的剩余使用寿命(RUL)估计方法,利用通过RF特征选择优化的SVR模型实现部件RUL估计。最后基于某型民用涡扇发动机机械液压模型仿真数据对该方法进行了验证,结果表明:该方法的性能衰退检测虚警率及漏报率低于2%,RUL估计误差低于3%,可为航空发动机燃油系统的预测性维护提供参考。      

基于小波分形和一类辨识的航空发动机故障诊断

在支持向量机理论的基础上,针对支持向量机的二类辨识传统,引入了基于支持向量机的一类辨识理论。设计了航空发动机几种典型故障的一类分类器,使得发动机的故障诊断更加简单可行。同时,将小波分形方法引入到航空发动机振动信号的特征提取中。通过对航空发动机典型故障的成功诊断,证明了该方法的有效性。     

基于定量曲率模态分析的分层损伤检测研究

为研究基于振动分析的复合材料损伤定量检测方法,对含有不同长度分层损伤的复合材料梁,分别采用试验和有限元分析的方法进行静态和动态响应检测。样本分别进行了纯弯曲、剪切、自由振动和不同频率下的受迫振动试验。振动状态下的位移和加速度分布采用多普勒激光扫描振动仪测得。有限元分析采用ABAQUS6.9.1软件进行,并将分析结果与试验结果进行了对比。由此得出样本件的曲率模态响应,从而可以确定分层损伤区域的位置、大小及相关物理参数。     

反馈线性化及其在飞控系统中的应用

反馈线性化方法是一种有效的解决非线性系统控制的方法。而未来新一代战机控制系统需要适应超机动作战的非线性控制，非线性控制系统是必然要采用的。文中先简要介绍了反馈线性化理论，然后介绍了反馈线性化方法在飞控系统中的具体应用，最后以某型号先进战斗机为仿真算例进行了仿真，仿真结果表明，基于反馈线性化方法设计的飞控系统是可行的、有效的。     

基于滑模变结构的一类非最小相位系统控制

首先,对一类非最小相位的非线性系统模型进行了描述;然后,基于反馈线性化的思想将其转换为规范型,提出了采用滑模面对其输出进行了重定义设计的一种复合控制方案;最后,为了验证该复合控制的有效性和正确性,基于某型导弹的非最小相位系统进行了仿真计算.仿真结果表明,该复合控制算法具有较高的控制精度.