运载火箭远程故障诊断技术综述

介绍运载火箭领域故障诊断技术的发展和各种方法的特点,将诊断技术按照基于阈值的判别机制、基于知识库的专家系统诊断方法、基于模型的故障诊断方法、基于自学习的推理机制、基于信息融合的故障诊断方法以及自主诊断技术六大类进行分析,同时介绍美国、日本以及中国新一代运载火箭(NGLV)在故障诊断上所取得的最新进展。在此基础上,针对远程发射支持系统(LSS)的特点,提出该领域故障诊断技术的发展方向。     

涡轮导叶前缘多排孔冷气掺混数值模拟

针对某三维扭转冷却涡轮导叶在前缘开设3排冷却孔,冷却孔流向夹角均为90°,径向射流角分别为30°,60°和90°,分别采用点源项与真实孔射流两种方法对前缘冷却孔气动性能和冷却特性进行了对比研究,分析了点源项与真实孔冷气掺混机制以及不同径向射流角对叶栅通道流场和冷却特性的影响.结果表明:真实冷却孔射流对前缘附近约10%轴向弦长范围内的流动影响较大,冷却效果涵盖了整个导叶;点源项方法所得压力与非冷却涡轮很接近;冷气径向喷射角减小,真实孔模型导叶表面温度下降了8%~16%,而点源项模型导叶表面温度降低了21%~23%.在工程实际中不能将点源项法计算结果用作定量评估依据.      

气体二次喷射SRM推力矢量控制影响因素分析

针对固体火箭发动机气体二次喷射推力矢量控制方案,基于N-S方程和RNGk-ε湍流模型,通过对不同二次喷射工况下的流场进行数值模拟与分析,探索了气体二次喷射位置、喷射流量、喷射角度对推力矢量控制的影响规律。结果表明：喷管二次喷射位置靠近其扩散段中部时,推力矢量控制性能最优,就计算模型而言,侧向力和轴向力之比约达4％;推力矢量控制性能随气体二次喷射流量的增大而提高,但存在临界参数;二次喷射角度对推力矢量控制性能也存在一定影响,但影响效果较弱。的研究结果可为气体二次喷射推力矢量控制系统的研究与设计提供参考。     

机械系统故障树分析

故障树分析就是基于系统工程分析方法在系统设计过程中,通过对可能造成系统故障的各种因素进行分析,运用离散数学、数理统计方法确定系统的故障率,并找出相应的纠正措施以提高系统可靠性的一种设计方法.     

塞式喷管二次喷射推力矢量控制研究

采用流体二次喷射方案,对塞式喷管发动机进行了不同工况的推力矢量控制冷流试验研究。在试验中,主要对影响推力矢量控制性能的参数:二次流流量、位置、喷射角度、二次流喷射孔的数量以及喷射孔出口面积大小等进行了研究。试验数据表明:二次流的工作参数和环境压力对侧向力的影响比较大。在高空环境下,推力矢量控制效果比较好,但在地面条件下,产生的侧向力比较小。二次流喷射产生侧向力的同时,对轴向力也有一定的增加。     

转速波动状态下涡轮泵典型故障诊断方法

利用涡轮泵振动信号的变换域信息可有效地检测与诊断故障。针对涡轮泵转子叶片断裂与脱落这种典型故障,首先分析其出现的原因,并从动力学的角度研究其振动特征,选择可有效反映该故障的特征频率。然而,涡轮泵转速波动会造成这些特征频率提取的困难,为此提出一种解决此难题的新思路,通过一系列变换域处理来消除转速波动对振动频率的影响,在变换域中提取出稳定的特征频率,从而解决了涡轮泵转速波动状态下该型故障诊断问题。通过涡轮泵历史试车故障数据的验证表明,通过跟踪变换域中这些特征频率的幅值变化,可以有效检测与诊断涡轮泵转子叶片断裂与脱落故障。     

转子故障的连续小波尺度谱特征提取新方法

引入图像分析方法,提出了直接从转子故障信号连续小波尺度谱中提取图像纹理特征的新方法.首先,通过转子故障模拟实验台采集了不平衡、不对中、碰摩及油膜涡动等典型故障信号;然后,分析了故障信号尺度谱的差别及所提取出的数字特征对故障的敏感性;最后用结构自适应集成神经网络进行了智能诊断实验,结果表明了本文所提出的尺度谱数字特征对转子故障诊断的有效性.      

中心分级多点直喷燃烧室冷态流动特性研究

为了探究中心分级多点直喷燃烧室流动特性,采用试验和数值模拟方法分别对固壁边界条件、周期性边界条件和带发散小孔冷却共三种燃烧室模型在冷态条件下的流动特性进行了研究,分析了周期性边界条件下冷却空气与核心区旋流空气的相互作用过程,获得了边界条件和发散小孔冷却对流动特性的影响规律。结果表明：在固壁边界条件下,角回流区(CORZ)均匀分布在四周壁面处,并能够在副模下游形成稳定的中心回流区(CTRZ),而且主副模相互作用较小,有利于小工况下的火焰稳定;在周期性边界条件下,上下壁面处角回流区明显增大,抑制了中心回流区的发展,最终形成了两个较小的中心回流区;增加发散小孔冷却后,冷却空气抑制了角回流区的发展,角回流区尺寸明显变小,形成了更大的中心回流区。结果亦表明为了更准确的理解燃烧室内的流动特性,在试验和数值计算过程中需要考虑壁面边界条件和冷却空气对核心区流场的影响。     

NF-6风洞喷液氮降温系统研制

通过降低试验气体温度来进一步提高NF 6增压连续式跨声速风洞的雷诺数,采用喷液氮降温的方式成功实现了降温运行。结果表明:风洞气流总温达到-20℃,有效提高了试验雷诺数。所叙述的NF 6风洞喷液氮降温系统的设计指标、总体方案、系统组成、系统调试等,为国内连续式降温风洞的建设积累了经验。      

Fault diagnosis of an intelligent hydraulic pump based on a nonlinear unknown input observer

Hydraulic piston pumps are commonly used in aircraft. In order to improve the viability of aircraft and energy efficiency, intelligent variable pressure pump systems have been used in aircraft hydraulic systems more and more widely. Efficient fault diagnosis plays an important role in improving the reliability and performance of hydraulic systems. In this paper, a fault diagnosis method of an intelligent hydraulic pump system (IHPS) based on a nonlinear unknown input observer (NUIO) is proposed. Different from factors of a full-order Luenberger-type unknown input observer, nonlinear factors of the IHPS are considered in the NUIO. Firstly, a new type of intelligent pump is presented, the mathematical model of which is established to describe the IHPS. Taking into account the real-time requirements of the IHPS and the special structure of the pump, the mechanism of the intelligent pump and failure modes are analyzed and two typical failure modes are obtained. Furthermore, a NUIO of the IHPS is performed based on the output pressure and swashplate angle signals. With the residual error signals produced by the NUIO, online intelligent pump failure occurring in real-time can be detected. Lastly, through analysis and simulation, it is confirmed that this diagnostic method could accurately diagnose and isolate those typical failure modes of the nonlinear IHPS. The method proposed in this paper is of great significance in improving the reliability of the IHPS.