航空發動機快變信號稀疏時頻診斷方法研究

《航空發動機快變信號稀疏時頻診斷方法研究》是依託西安交通大學，由王詩彬擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：航空發動機快變信號稀疏時頻診斷方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王詩彬
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

航空發動機是飛機的“心臟”，常常工作於高速、高溫、重載、強擾動等極端服役環境，導致災難性事故時有發生，健康監測與故障診斷對保障航空發動機運行安全至關重要。本項目以航空發動機頻繁變工況、大幅升降速、高轉速變剛度運行等引起的瞬時頻率快速變化、且具有強時變非平穩特性的快變信號為分析對象，研究快變信號稀疏時頻診斷方法。具體包括：研究航空發動機雙轉子系統動力學建模與故障機理，揭示快變信號產生機理；研究快變信號匹配同步壓縮變換方法，實現快變信號高聚集性時頻表征；構建快變信號稀疏時頻表示字典，研究快變信號稀疏時頻表示的目標函式構造與快速求解方法，提高快變信號在時頻域的稀疏性與提取精度；以某型航空發動機雙轉子系統為對象，開展實驗與工程驗證研究。本項目在上述研究基礎上，提出航空發動機快變信號稀疏時頻診斷方法，有望為航空發動機等機械裝備故障診斷提供理論支撐和技術支持，對保障機械裝備運行安全具有重要意義。

結題摘要

航空發動機是飛機的“心臟”，常常工作於高速、高溫、重載、強擾動等極端服役環境，導致災難性事故時有發生，健康監測與故障診斷對保障航空發動機運行安全至關重要。本項目以航空發動機頻繁變工況、大幅升降速、高轉速變剛度運行等引起的瞬時頻率快速變化、且具有強時變非平穩特性的快變信號為分析對象，研究快變信號稀疏時頻診斷方法。（1）提出了航空發動機轉子系統建模與典型故障（碰摩和轉軸裂紋）建模方法，數學本質上分別揭示了轉子系統碰摩故障和轉軸裂紋故障誘發快變振動的物理機理；（2）提出了匹配同步壓縮小波變換方法，採用“匹配重排”策略的匹配時頻分析思想，構造了能夠匹配信號調頻本質的匹配瞬時頻率重排運算元，解決了傳統時頻重排方法和同步壓縮小波變換在時頻聚集性與重構性質之間不可兼得的問題；（3）提出了非凸稀疏正則化與保凸最佳化、組內組間稀疏正則化、脊線加權的快變信號稀疏建模等方法，實現了快變信號稀疏時頻表示；（4）搭建了航空發動機雙轉子系統等試驗平台，開展了實驗研究與工程套用。基於本項目相關研究成果，發表論文22篇，其中SCI論文17篇（2篇ESI高被引論文），《機械工程學報》1篇，會議論文4篇；申請發明專利3項，授權3項。相關研究成果得到麻省理工學院（MIT）、IEEE Fellow Steven B. Leeb教授，英國利物浦大學、《Journal of Sound and Vibration》雜誌副主編H. Ouyang教授，IEEE/ASME會士、美國凱斯西儲大學Robert X. Gao教授，香港城市大學Kwok Leung TSUI教授，東北大學、中科院聞邦椿院士，上海交通大學、傑青/長江/萬人計畫學者彭志科教授，浙江大學、長江學者徐兵教授等著名專家的引用與正面評價。基於本項目的資助與相關研究，項目負責人於2018年晉升副教授，獲批國家自然科學基金重大研究計畫培育項目1項，作為骨幹成員參與國家自然科學基金重點項目和國家重點研發計畫項目各一項。