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直升机旋转部件故障特征提取的高阶统计量方法研究

陈仲生  
【摘要】:随着直升机在现代战争中作用和地位的日益提高,它的可靠性和安全性问题越来越引起军方的高度重视。旋转部件是直升机最容易发生故障且无冗余备份的部分,一旦发生故障常常会导致灾难性的后果,因此设法尽早地对这些可能引发灾难性事故的故障进行有效检测对提高直升机的可靠性和安全性具有重要意义,而这类故障早期检测的关键技术之一就是故障信号的特征提取。 直升机旋转部件的结构复杂、工作环境恶劣,使得表征故障的特征信号较复杂,因冲击和调制所引发的动态信号往往具有非高斯和(或)非平稳性,突出的故障特征信号表现出相位耦合、冲击和循环平稳等特点。建立在高斯性和平稳性假设基础上的传统的分析方法不太适合于有效提取这些故障的特征信息。为此,发展能有效处理非高斯、非平稳特征信号的高阶统计量分析方法,并将其用于直升机旋转部件故障特征提取具有重要的实际应用价值。 本文正是在“十五”武器装备预先研究项目的资助下,以某型直升机中减速器为研究对象,利用高阶统计量理论中的高阶谱、高阶时频分布和循环统计量方法,对能突出表征直升机旋转部件故障的相位耦合、冲击和循环平稳信号的特征提取方法进行了深入的研究。主要内容包括: 1.在分析直升机旋转部件故障特征提取面临的主要问题、总结常规特征提取方法存在的主要局限的基础上,深入探讨了高阶统计量方法在直升机旋转部件故障信号特征提取中的优势及需要解决的问题。 2.针对表征直升机旋转部件故障的相位耦合信号的特征提取,研究并改进了基于高阶谱的故障特征提取方法。首先构造了一种二维Hanning-Poisson组合滞后窗,提高了双谱估计的方差性能,然后分析了基于三谱的故障相位耦合信号的特征提取方法,并利用2 1/2维谱实现了三谱的在线应用。数值分析和实验表明,双谱和三谱用于提取背景噪声下故障相位耦合信号特征是行之有效的,且三谱能弥补双谱不能处理对称分布非高斯信号的不足。 3.研究了基于高阶时频分布的故障特征提取方法,以有效提取表征直升机旋转部件故障的冲击信号的特征。首先构造了一种冲击信号增强的两级滤波预处理结构,然后利用图像处理技术定义了冲击信号的两种图像特征,能够实现冲击信号特征的自动


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