状态监控与故障诊断聚类分析法

概要阐释聚类分析方法及其技术要点，对用聚类分析进行状态监控和故障诊断作了探索性研究，提出用８种系统聚类法进行状态监控和故障诊断。     

基于 LSTM的飞控系统状态监控

监测飞控系统状态参数是保证无人机飞行安全的重要手段。针对无人机飞控系统的组成特点和飞行控制律,设计并构建了基于长短期记忆网络(Long Short Term Memory Network,LSTM)的飞控系统状态监控模型。首先,利用无人机历史飞参数据训练模型,建立输入飞参数据与状态参数的回归映射关系;然后,利用训练好的网络模型,实时预测飞控系统的状态参数,通过对比实测值与预测值之间的差异,实现飞控系统的状态监控。选取无人机飞参数据进行实验,基于 LSTM的算法比反向传播神经网络(BPNN)、支持向量机(SVM)预测精度高,MSE平均值分别低 0.01和 0.26,MAE平均值分别低 0.05和 0.12。结果表明,所提出的方法能够有效监控飞控系统,为无人机飞行管理决策提供数据支持。     

基于路径相关本构模型的大型薄壁曲面复合材料零件固化变形分析

大型薄壁曲面复合材料零件多采用热压罐工艺成型,在固化过程以及脱模过程会产生变形,导致零件变形超差,部件装配困难。针对此问题,本文首先采用路径相关本构模型对其固化成型过程进行分析,然后进行热压罐成型试验验证理论分析结果,就此采用反向补偿法修正模具型面。仿真结果表明,某大型薄壁曲面复合材料零件成型后最大位移为11.121 mm,最小位移为0.171 mm,分别发生在对称轴方向短边的边角点和靠近对称轴方向短边的边角点;零件在变形较大的两侧边和短边处残余应力较大,与变形较小的长边相差7 MPa左右。仿真结果与试验结果吻合良好,固化变形平均误差为8.6%。使用补偿后的模具再次进行固化变形仿真,使该零件的最大固化变形降低了70.8%。     

顾及频间偏差的GNSS多频非组合PPP变形监测

精密单点定位(PPP)技术有望解决长距离、大范围等监测场景难以找到稳定基准点的难题。现代化的全球卫星导航系统(GNSS)卫星纷纷开始播发多频信号,多频观测值融合理论上可提升PPP变形监测性能。为了充分利用多频冗余观测数据,详细研究了每个频点的差分码偏差(DCB)和全球定位系统(GPS)存在的相位频率间卫星钟偏差(PIFCB)的改正方法,扩展了多频数据处理的严密理论模型,能够灵活处理GPS三频、Galileo五频和BDS-3五频观测数据。多频PPP振动监测实验结果表明,GPS三频PPP、BDS-3五频PPP、Galileo五频PPP较各自双频PPP位移监测精度可分别提升12%、13%和14%,表明多频PPP技术有利于提升PPP位移监测精度与稳定性。     

基于光纤光栅与BP神经网络的孔边裂纹监测研究

含孔金属结构的孔边裂纹监测对于保障飞行安全,增强飞机结构可靠性具有重要意义。为实现对孔边裂纹扩展的监测,进行含有孔边角裂纹的含孔铝合金板疲劳加载试验,得到含孔铝合金板试验件的a-N 曲线以及孔边裂纹扩展过程中光纤光栅应变传感器中心波长偏移量;利用包络分析法、BP 神经网络等损伤识别算法对试验数据进行处理与分析;建立能够以光纤光栅应变传感器中心波长偏移量识别孔边裂纹扩展的监测模型,并通过试验对监测模型进行验证。结果表明：此监测模型可有效识别出孔边角裂纹的扩展与穿透,对孔边角裂纹扩展长度监测的准确度达到了97.2%,未来可应用于全机地面疲劳试验、飞机结构健康监测等多种场景。     

航空发动机薄壁机匣激光焊接有限元数值模拟

针对航空发动机的关键部件之一——燃烧室薄壁机匣建立了激光焊接的数值分析模型.基于SYSWELD软件的焊接分析功能,运用有限元分析方法研究了燃烧室薄壁机匣环缝焊接时引起的焊接变形,模拟了薄壁机匣激光焊接时的温度场、应力场以及变形情况,同时对焊接模拟中的热源问题从数学上进行了分析和探讨.在此基础上结合整个薄壁机匣的实际工作状况对模拟结果进行了定性分析,验证了分析方法的可行性,为实际薄壁机匣焊接提供了理论依据,有助于薄壁机匣焊接工艺方法的改进.该分析方法对焊接领域类似问题的处理也有借鉴意义.      

紧缩场反射面板热变形的适应性调整

随着季节的变化,紧缩场反射面板的温度在15~25℃之间变化.热变形量往往超出允许的误差.利用Marc有限元软件,分析了紧缩场在温度、重力和反向力等作用下的变形.针对变形最严重的工况下的变形,用最小二乘法对变形后的数据进行二次多项式曲线拟合,得出与变形后的反射面相一致的新的母线方程和焦距.仿真结果表明调整馈源位置,能够适合于面板焦距的变化.     

飞机结构疲劳关键部位损伤与可靠性评定技术

从分析结构疲劳失效和损伤演化的本质特征,得到了以疲劳损伤描述的结构可靠性分析模型,并在此基础上,给出了使用过程中飞机结构疲劳关键部位的损伤与可靠性评定技术和相应参数指标.该方法以一般环境下全尺寸结构疲劳试验结论的完整资料和服役中记录的每架飞机飞参数据为主要依据,能够实现利用每架飞机的飞参适时地对其结构损伤状态与可靠性给出评估,满足飞机结构疲劳损伤监控技术的需求.最后结合某型飞机的具体服役情况给出评估示例.研究表明,采用该方法可适时地计算出某型飞机结构的疲劳损伤和可靠性,并可为使用方合理决策提供重要参考信息,以在保障结构安全可靠的前提下合理地调配使用飞机.      

基于HOG和SVM算法的磨粒图像在线监测技术

为了解决发动机润滑油液磨粒图像监测只适用于微流且易受气泡干扰等问题,设计了一种可适用于相对大流量工作环境的油液磨粒光学图像在线监测系统,区分气泡和磨粒。通过该监测系统,批量采集了一系列磨损颗粒和气泡图片,用于后续图像分类算法的训练与测试。采用了一种基于背景差分和大津法的运动物体提取算法提取出大量磨粒及气泡图像样本,运用基于方向梯度直方图（Histogram of oriented gradients,HOG）进行特征提取和支持向量机（Support vector machine,SVM）分类算法对气泡和磨粒进行识别。实验结果表明,该监测系统能有效采集磨粒及气泡图像并进行自动识别。与基于形态学特征提取算法以及K最近邻（K-nearest neighbor,KNN）等传统分类算法相比,HOG-SVM算法分类精度更高,识别准确率可达83 8%。     

Fault diagnosis based on measurement reconstruction of HPT exit pressure for turbofan engine

Aero-engine gas path health monitoring plays a critical role in Engine Health Management(EHM). To achieve unbiased estimation, traditional filtering methods have strict requirements on measurement parameters which sometimes cannot be measured in engineering. The most typical one is the High-Pressure Turbine(HPT) exit pressure, which is vital to distinguishing failure modes between different turbines. For the case of an abrupt failure occurring in a single turbine component, a model-based sensor measurement reconstruction method is proposed in this paper. First,to estimate the missing measurements, the forward algorithm and the backward algorithm are developed based on corresponding component models according to the failure hypotheses. Then,a new fault diagnosis logic is designed and the traditional nonlinear filter is improved by adding the measurement estimation module and the health parameter correction module, which uses the reconstructed measurement to complete the health parameters estimation. Simulation results show that the proposed method can well restore the desired measurement and the estimated measurement can be used in the turbofan engine gas path diagnosis. Compared with the diagnosis under the condition of missing sensors, this method can distinguish between different failure modes, quantify the variations of health parameters, and achieve good performance at multiple operating points in the flight envelope.