军用直升机齿轮箱状态与使用监控系统研究

论文摘要

直升机动力系统作为军用直升机的心脏,其故障将直接影响直升机的飞行安全,开展动力系统HUMS研究对于提高动力系统的安全性具有重要的现实意义。作为直升机动力系统的重要组成部分,齿轮箱的运行环境往往恶劣多变,一旦出现故障经常会引发严重事故。鉴于此本文选择直升机齿轮箱作为典型部件开展状态与使用监控系统研究,从而为动力系统HUMS实现奠定基础。为了提高直升机齿轮箱故障诊断的效果,本文以某型直升机中减速器为试验对象,应用小波包分析方法,对齿轮箱特征提取方法进行了深入研究。同时采用遗传算法优化BP网络方法改进了传统BP网络在齿轮箱故障诊断的不足,提高了故障诊断的准确率和收敛速度。在此基础上构建了直升机齿轮箱监控与诊断原型系统。具体地说,论文开展了以下研究工作:(1)直升机齿轮箱故障类型及振动机理分析,主要包括齿轮和轴承的故障类型和振动机理分析,在此基础上提出了齿轮箱故障监控方法;(2)研究了基于小波包分析的齿轮箱特征提取方法,并通过试验验证了该方法的有效性,为采用神经网络方法进行故障诊断提供特征输入;(3)研究了基于遗传算法优化BP网络的齿轮箱故障诊断方法,提出采用遗传算法优化BP网络以改进BP网络的局限与不足,建立了基于小波包分析和遗传BP网络的齿轮箱故障诊断模型。试验验证表明,该方法与传统BP网络方法相比在齿轮箱故障诊断中具有收敛速度更快、稳定性更好、诊断准确率更高的特点;(4)研究了直升机动力系统HUMS软件设计,包括面向机载的分层融合式体系结构和开放的地面体系结构,并对直升机动力系统HUMS系统中的各软件模块进行了深入研究和分析,初步建立了直升机动力系统HUMS的总体框架和设计方案。然后针对直升机齿轮箱原有监控功能的不足,设计了直升机齿轮箱HUMS的总体结构,分别介绍了机载监控系统和地面诊断系统的功能组成和关键技术。论文研究成果对于直升机动力系统HUMS的工程设计具有实际指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 直升机状态与使用监控系统研究综述
• 1.2.1 直升机HUMS 发展历程与研究现状
• 1.2.2 直升机HUMS 体系结构研究现状
• 1.3 直升机齿轮箱状态与使用监控技术研究综述
• 1.3.1 直升机齿轮箱特征提取方法研究
• 1.3.2 直升机齿轮箱故障诊断方法研究
• 1.4 问题提出及主要工作
• 1.5 论文组织结构
• 第二章 直升机齿轮箱故障类型及振动机理
• 2.1 齿轮箱故障的主要形式
• 2.2 齿轮的故障类型及振动机理
• 2.2.1 齿轮的故障类型
• 2.2.2 齿轮的振动机理
• 2.3 滚动轴承的故障类型及振动机理
• 2.3.1 滚动轴承的故障类型
• 2.3.2 滚动轴承的振动机理
• 2.4 齿轮箱故障监控方法
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于小波包分析的齿轮箱特征提取方法研究
• 3.1 小波包分析理论
• 3.1.1 小波包的定义
• 3.1.2 小波包的性质
• 3.1.4 小波包的分解与重构
• 3.2 基于小波包的齿轮箱特征提取
• 3.3 齿轮箱试验系统
• 3.4 试验分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 遗传算法优化BP 网络齿轮箱故障诊断研究
• 4.1 BP 网络和遗传算法基本理论
• 4.1.1 BP 网络原理
• 4.1.2 遗传算法基本原理
• 4.2 遗传算法优化BP 网络
• 4.3 齿轮箱故障诊断试验与分析
• 4.3.1 齿轮箱故障诊断流程
• 4.3.2 遗传算法优化BP 网络在齿轮箱故障诊断中的应用
• 4.4 本章小结
• 第五章 直升机齿轮箱状态与使用监控系统设计
• 5.1 直升机动力系统HUMS 总体结构设计
• 5.1.1 直升机动力系统HUMS 设计要求和功能结构
• 5.1.2 机载HUMS 体系结构设计
• 5.1.3 地面HUMS 体系结构设计
• 5.2 某型直升机齿轮箱特性及其原有状态监控功能
• 5.2.1 直升机传动系统组成
• 5.2.2 直升机齿轮箱原有状态监控功能
• 5.3 直升机齿轮箱HUMS 总体设计方案
• 5.3.1 齿轮箱机载HUMS 设计
• 5.3.2 齿轮箱地面HUMS 设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文主要工作及创新点
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果