基于时间应力分析的地平仪关键部件故障预测方法研究

论文摘要

地平仪是直升机的关键部件之一,其状态直接影响直升机工作的可靠性和战备完好性。在直升机工作过程中,其地平仪受振动、温度等环境应力因素的影响,故障率较高。因此,实现直升机地平仪关键部件故障的有效预测,对于尽早发现其故障苗头、减少或杜绝事故的发生具有重要意义。研究表明:振动、温度等环境应力历程（时间应力）是导致地平仪关键部件性能退化甚至失效的直接外因,对时间应力进行分析可以有效实现其故障预测。因此,本文以直升机地平仪关键部件为对象,系统地分析时间应力诱发其故障的机理与规律,深入研究基于时间应力分析的直升机地平仪关键部件的故障预测方法。论文的主要研究内容包括:1.时间应力诱发地平仪关键部件故障的机理分析与建模系统地分析了时间应力诱发地平仪关键部件故障的机理和规律;建立了基于随机Petri网的时间应力与损伤关系的动态描述模型,获得了时间应力历程与损伤间的转化关系。2.地平仪关键部件时间应力特征提取及其损伤计算以改进的“寿命消耗监控（Life Consumption Monitoring,LCM）技术思路为主线,研究了地平仪静态变流器时间应力数据的等级分析及特征提取方法,然后以金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transitor,MOSFET）为对象,基于热载流子退化模型进行其损伤计算,将时间应力历程转化为组件的损伤信息。3.基于损伤信息的地平仪关键部件故障预测方法为了实现地平仪关键部件的故障预测,给出了基于损伤信息的地平仪关键部件故障预测的总体思路,首先利用当前损伤信息进行故障预测;然后以当前损伤信息为基础,同时考虑预测结果的历史变化趋势,提出了基于损伤信息的自回归滑动平均模型（Auto-regression Moving Average,ARMA）故障预测方法。验证结果表明,所提出的方法能够较准确地实现地平仪关键部件的故障预测。4.故障预测系统设计与实验验证以某型直升机地平仪静态变流器为对象,设计并实现了其故障预测系统,并进行了试验验证,结果表明,本文所研究方法可以较准确的实现静态变流器的故障预测,为地平仪关键部件的故障预测提供了一条切实可用的途径。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 故障预测技术研究综述
• 1.2.2 直升机的故障预测技术综述
• 1.2.3 时间应力是导致直升机地平仪故障的重要原因
• 1.2.4 基于时间应力信息的故障预测技术发展及研究现状
• 1.3 论文研究思路及内容安排
• 1.3.1 论文研究主要问题及思路
• 1.3.2 论文研究内容和组织结构
• 第二章 时间应力诱发地平仪故障的机理分析与建模
• 2.1 某型直升机地平仪的功能结构
• 2.2 地平仪故障原因及故障机理分析
• 2.3 地平仪的FMEA 及应力分析
• 2.4 时间应力诱发地平仪关键部件故障规律与建模
• 2.4.1 时间应力诱发地平仪关键部件的故障规律
• 2.4.2 时间应力与损伤关系动态描述模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 地平仪关键部件时间应力特征提取及其损伤计算
• 3.1 时间应力特征提取技术及损伤计算的基本原理
• 3.2 静态变流器时间应力数据处理及特征提取
• 3.2.1 静态变流器的时间应力等级分析
• 3.2.2 温度应力数据处理与特征提取
• 3.2.3 机械振动应力数据处理与特征提取
• 3.3 地平仪静态变流器中组件累积损伤计算
• 3.3.1 地平仪静态变流器MOSFET 功率管失效物理模型
• 3.3.2 MOSFET 失效物理模型的参数估计
• 3.3.3 MOSFET 的HCD 累积损伤计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于损伤信息的地平仪关键部件故障预测方法
• 4.1 基于损伤信息的地平仪关键部件故障预测的总体思路
• 4.2 基于当前损伤信息的故障预测方法
• 4.3 基于损伤信息的ARMA 模型故障预测方法
• 4.3.1 预测流程及原理
• 4.3.2 预测相关算法
• 4.3.3 优化阈值选取
• 4.4 本章小结
• 第五章 故障预测系统设计与实验验证
• 5.1 地平仪静态变流器的故障预测系统设计与实现
• 5.1.1 静态变流器的故障预测系统的总体功能结构
• 5.1.2 数据采集模块的设计与实现
• 5.1.3 数据处理模块设计
• 5.1.4 故障预测模块设计
• 5.2 故障预测技术试验验证与分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结与结论
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果