高压补燃液氧煤油发动机故障检测与诊断技术研究

【摘要】：论文以我国高压补燃液氧煤油发动机为研究对象，针对其健康监控所涉及的故障仿真、传感器配置优化、传感器故障检测与数据恢复、实时故障检测与诊断、系统集成设计与实现验证，以及发动机飞行前、飞行中和飞行后健康监测等关键技术开展了全面深入的分析、设计、实现等研究工作。研究结果不仅为研制工程实用的一次性使用发动机健康监控系统奠定了坚实的理论和技术应用基础，而且对提高我国未来可重复使用液体火箭发动机的可靠性、安全性具有重要的参考价值。 针对发动机工作条件的极致性、故障发生发展的快速性、影响后果的严重性、故障模式的可复制性差，从而导致发动机故障模式特征、诊断知识和样本数据难以获取等问题，基于结构层次化分解的思想，建立了模块化的发动机故障仿真模型，开发实现了发动机可视化故障仿真软件系统，对发动机氧化剂泵汽蚀、燃烧室喉部烧蚀等主要故障进行了故障仿真及效应分析。仿真计算结果与发动机实际试车数据吻合较好，可以为故障检测与诊断方法提供重要的发动机故障样本数据。 针对液体火箭发动机故障检测与诊断在缺乏先验知识、缺少充分样本数据条件下的不确定性信息决策问题，基于有机结合随机性和模糊性的云理论，深入开展了检测参数选择与传感器优化配置、传感器故障检测和数据恢复、发动机工作过程实时故障检测、故障诊断的不确定性推理方法研究。 在保证对发动机故障模式分类能力不变的情况下，研究发展了发动机故障检测参数选取方法，同时将故障检测与诊断性能指标作为约束条件，建立了发动机基于云理论的传感器配置优化数学模型，并结合粒子群算法研究了发动机传感器配置优化问题。发展了基于云－神经网络的发动机传感器故障检测与数据恢复方法，结合某型液氧煤油发动机试车数据进行了实例分析与验证。结果表明，该方法可行有效，可以为发动机的故障检测与诊断提高可靠的信号数据源。 针对液体火箭发动机实时故障检测在准确性、及时性和实时性的要求，并结合云理论和神经网络强大的数据处理能力，提出了液体火箭发动机故障检测的一种云－神经网络原理结构，发展了云－神经网络的前向传播计算和反向传播学习算法，实现了液体火箭发动机工作全过程基于云－神经网络的实时故障检测方法。针对某型液氧煤油发动机起动过程、额定工况到高工况过程、高工况到高工况高混合比过程、高工况高混合比到高工况过程等瞬变过程，以及额定工况、高工况和高工况高混合比等稳态过程的实际试车数据，对该方法进行了验证。验证结果表明，该方法可以对发动机工作状况进行及时的判断，没有误报警和漏报警，且相比RS、IATA、ACA、RBF等故障检测算法能更早地检测出故障。 综合云理论和Petri网在描述分析发动机动态行为与状态变迁过程方面的能力和特点，建立了液体火箭发动机故障诊断的云－Petri网模型，发展了基于规则的云－Petri网建模方法，实现了液体火箭发动机基于云－Petri网的故障诊断方法，并利用某型液氧煤油发动机试车数据对诊断方法进行了实例分析和验证。结果表明，该方法可以对发动机氧涡轮泵前管路堵塞、氧涡轮泵汽蚀等典型故障进行隔离与诊断。 针对当前液体火箭发动机健康监控系统设计开发过程中普遍存在的系统结构和功能模块紧耦合、重用性和互操作性差、难于快速响应系统后期的需求变化和维护等诸多缺陷，在深入分析液体火箭发动机健康监控系统功能与需求的基础上，将发动机健康监控所面临的共性问题进行提炼、抽象，分析设计了基于数据-模型-控制-视图的分层、开放和可复用的发动机健康监控系统框架。同时，针对我国某型液氧煤油火箭发动机，结合相关研究成果，设计实现了其工作过程的实时故障检测系统，并开展了该系统基于发动机试车数据和地面功能试车的考核与验证。结果表明，所设计的系统完全满足工程实用的需要，具备实时在线运行能力，不仅能实现参数的准确采集，而且算法没有出现误报警和漏报警。 针对发动机重复使用过程中对健康监控技术提出的更高要求，开展了发动机飞行前综合性能测试、飞行过程实时状态记录和飞行后结构检测等健康监测技术的原理性分析与初步概要设计。分析设计了发动机飞行前地面综合性能自动测试系统和发动机智能机内测试系统原理结构；结合光纤光栅等先进测量传感技术，分析设计了由辅助功能、系统控制、数据采集与存储、回收分析等功能模块组成的发动机飞行参数记录仪原理结构；分析设计了发动机飞行后关键构件基于内窥图像获取和结构损伤检测与识别的内窥检测系统原理结构。结果对研制和开发我国未来可重复使用液体火箭发动机飞行前、飞行中和飞行后等阶段的健康监测技术与工程实用系统，具有重要的参考价值。 【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：V434;V463

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

基于云神经网络的空间推进系统故障检测与诊断    徐宗本;樊忠泽;

液发推力室和涡轮泵故障监测与诊断技术研究    杨尔辅,张振鹏,崔定军

液体火箭发动机涡轮泵转子系统干摩擦故障特征分析    王慧,王桁,王家兴,柴卫东

液体火箭发动机涡轮泵状态监测与故障诊断系统研究    于潇,廖明夫,赵冲冲

神经网络在发动机状态监控与故障诊断中的应用综述    韩庆田,杨兴根,张振家

基于粗糙集理论的液体火箭发动机故障诊断    王艳梅;胡小平;李舟军;张丽娟;

参数估计法在运载火箭动力系统故障诊断中的应用    符文星;朱苏朋;阎杰;陈士橹;

一种基于Petri网和概率信息的电力系统故障诊断方法    孙静,秦世引,宋永华

基于DataSocket的雷达测距数据传输系统设计    王琳;郑正奇;

基于DataSocket的脉搏数据传输系统的设计    周红标;张宇林;

基于Petri网的FMS建模及故障诊断方法研究    刘心

光纤光栅在船舶结构健康监测中的关键技术研究    王为

可重复使用液体火箭发动机关键部件损伤动力学与减损控制方法研究    程玉强

航空发动机关键构件内窥涡流集成化原位无损检测技术研究    田武刚

基于时间应力分析的BIT降虚警与故障预测技术研究    吕克洪

数据挖掘技术在现代信息管理系统中的研究与分析    程韦;苏志同;

液体火箭发动机可靠性增长分析模型研究    王华伟,周经伦,张金槐,何祖玉

液发推力室和涡轮泵故障监测与诊断技术研究    杨尔辅,张振鹏,崔定军

液体火箭发动机羽焰UV-VIS光谱的实时采集及分析    黄庆梅;陈路;孙景宁;赵和平;陈锋;李志刚;董文华;

网上超市购物系统的设计与实现    孟海洋;薛红;郭培源;曹利红;

基于改进Petri网的船舶电力系统故障诊断    张海艳;夏飞;

基于Dirichlet分布的无线传感器网络的信誉计算模型研究    黄旗明;南海燕;

光纤光栅传感系统在打入桩中的埋设工艺试验研究    冯春;李世海;刘天苹;许利凯;王观石;谷雨雷;

基于Petri网考虑中介状态的机械系统失效相关可靠性分析    孙宝贤;胡启国;王文静;雷旭东;

光纤光栅传感器的原理及应用研究    杨兴;胡建明;戴特力;

基于Petri网的企业信息化系统统一建模研究    王志坚;蔡自兴;

Wavelet Neural Network Applied to Fault Diagnosis of Underwater Vehicle    

集群化焊接设备及生产过程实时监测系统研究    蔡艳;谢文静;华学明;吴毅雄;

分布式网络监控系统中网页安全挖掘的研究    朱春江;陆宇旻;李陶深;杜衡斌;唐晟;

Isolex股市预测系统的设计与实现    汪沛;

Petri网理论在民航飞机故障诊断中的应用    郭亚中;左洪福;

基于数据表结构的FPN并行推理算法    张白一;崔尚森;

施工监测技术在大跨度空间钢结构中的应用    王骥;柳锋;孙潇潇;

基于约束的数据流聚类研究    史金成;胡学钢;

故障诊断方法综述    闻竞竞;黄道;

基于数据驱动的故障诊断模型及算法研究    吕宁

电网多数据源在线诊断方法研究    周子冠

我国权力寻租的影响因素研究    刘汉霞

高技术企业信用风险影响因素及评价方法研究    张目

机械传动系统关键零部件故障预测技术研究    曾庆虎

海底隧道衬砌水压力及结构受力特征研究    杜朝伟

基于广域信息的电力系统故障元件定位方法研究    张亚刚

云计算数据中心结构及其调度机制研究    刘晓茜

光纤光栅多参数传感理论技术研究及在地下工程灾害监测中的应用    王静

隧道支护体结构健康监测技术研究    林强

基于图的适应性相似度估算的半监督学习    蒋延生

基于数据挖掘的煤矿安全监测系统研究    王宏云

基于数据挖掘的智能化辅助教学系统的研究与实现    芮文艳

动态模糊Petri网理论及其应用研究    陆洁

ID3决策树算法分析与改进    张睿

个性化搜索引擎的研究与设计    史炜

决策树在高职院校毕业生就业工作中应用研究    程代娣

基于K-means的企业基础信息挖掘模型的设计与应用    李玲玲

P2P流量识别方法研究    钟以融

智能故障诊断融合技术在数控机床故障诊断中的应用    祁美玲

可见光LED的进展——发展趋势及蓝色LED(一)    张万生,梁春广

可见光LED的进展——超高亮度LED及应用(二)    张万生,梁春广

SMT焊点形态成形和焊点可靠性CAD    周德俭,潘开林,刘常康

基于仿真技术的故障知识获取方法研究    黄考利,连光耀,魏忠林

基于云神经网络的空间推进系统故障检测与诊断    徐宗本;樊忠泽;

脉搏波波形特征信息的研究    罗志昌，张松，杨文鸣，杨子彬

一种推进系统故障诊断反问题模型与算法    杨尔辅,张振鹏,刘国球

基于小波的航空发动机叶片孔探损伤检测    丁鹏;李长有;马齐爽;姚红宇;

故障诊断系统中模糊推理算法的研究    廉小亲，王信义，朱小燕

光纤Bragg光栅传感器在智能船舶结构中的应用    陈熙源;王曦峤;

一种扩展随机有色Petri网及在防空作战建模中的应用    唐立军;王小艺;王建中;

运动电磁系统涡流场有限元研究    张惠娟

复杂装备远程智能监测、诊断与维护系统研究    张荣涛

液体火箭发动机智能故障诊断理论与策略研究    刘洪刚

变频泵控马达调速及补偿特性的研究    彭天好

基于核投影分析的特征抽取及应用研究    高秀梅

可重复使用液体火箭发动机智能减损控制方法研究    魏鹏飞

桥梁结构损伤识别方法的相关问题研究    袁颖

海底管道的健康监测系统与评估研究    邵剑文

基于场量测量和频率扫描技术的电磁无损检测技术研究    康中尉

机电系统BIT特征层降虚警技术研究    王新峰

航空发动机智能控制    董劲

矩形线圈激励无损检测技术研究    曹雄恒

“类匀强”场及其扰动的仿真分析    胡媛媛

航空发动机模糊控制方法研究    史纪晓

大型深潜潜艇耐压船体结构设计研究    高灵芝

薄壁箱形梁极限强度计算方法研究    徐素明

基于PQFP的试验剖面优化与缺陷激发效果分析    王考

多目标遗传算法及其在发动机控制系统设计中的应用    张乾

基于交变磁场测量技术的金属表面缺陷检测系统的研究与实现    赵海涛

粗糙集理论及故障诊断应用研究    曾建武