无人机用活塞式航空发动实时在线测振系统设计与实现

发布时间：2022-12-03 22:02

　　航空发动机被誉为现代工业皇冠上的明珠,是一个国家整体制造技术水平的最高指征。长期以来,我国的航空发动机设计、制造与测试技术受西方严格封锁,致使该领域已经成为迟滞我国尖端国防科技发展和建设航空强国战略的最大短板。本论文以四川省重大科技专项“三型发动机修理技术攻关（19ZDZX0057）”中有关航空发动机输出轴前端动平衡检测的任务内容为研究背景,研制针对发动机输出轴前端振动故障的高精度、多通道实时在线监测系统,以期在振动检测方面为我国航空发动机技术进步做出参考性贡献。针对活塞式航空发动机的振动故障特性,研究包括输出轴前端、输出轴齿轮和轴承三个方面的振动类型和振动特性;鉴于航空发动机不同部件产生的振动故障其权重、显著性和可测性各不相同,通过对多种故障特征参数的对比研究,选择输出轴前端振动故障中的临界转速和振动烈度作为所研制测振系统的监测对象;通过对待测对象的特点和检测方式的分析,设计了测振系统的总体方案,并在后续详述了基于总体方案的具体设计与实现方式;针对所设计测振系统的实时在线、远程传输等需求特点,在软件设计方面采用了VxWorks实时嵌入式操作系统,将振动数字信号预处理和转存至基于Nan... 

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究工作的背景与意义
    1.2 航空发动机测振系统研究现状
        1.2.1 国外航空发动机测振系统研究现状
        1.2.2 国内航空发动机测振系统研究现状
    1.3 本文主要研究内容
    1.4 本文结构安排
第二章 无人机活塞式航空发动机振动故障研究
    2.1 无人机活塞式航空发动机振动现象概述
    2.2 输出轴前端振动特征分析
        2.2.1 输出轴前端常见振动故障类型
        2.2.2 输出轴前端振动特性
    2.3 输出轴齿轮振动特征分析
        2.3.1 输出轴齿轮系统常见故障类型
        2.3.2 输出轴齿轮振动特性
    2.4 轴承振动特征分析
        2.4.1 轴承系统常见故障类型
        2.4.2 轴承振动特性
    2.5 测振对象选取及关键参数计算方法
        2.5.1 三类振源可测性对比
        2.5.2 输出轴前端振动特征参数选取及计算原理
    2.6 本章小结
第三章 实时在线测振系统总体方案
    3.1 测振系统概述
    3.2 系统指标
        3.2.1 功能指标
        3.2.2 性能指标
    3.3 软件系统
        3.3.1 嵌入式软件架构
        3.3.2 嵌入式软件开发环境
        3.3.3 参数分析算法
        3.3.4 文件系统
        3.3.5 数据通信
    3.4 硬件平台
        3.4.1 系统逻辑结构
        3.4.2 模/数转换子系统
        3.4.3 数据处理子系统
        3.4.4 数据存储子系统
        3.4.5 实时通信子系统
    3.5 系统精度校准
    3.6 本章小结
第四章 测振系统嵌入式软件实现
    4.1 VxWorks嵌入式实时操作系统
        4.1.1 VxWorks精简内核的限时响应机制
        4.1.2 VxWorks的多任务调度
    4.2 处理器环境配置
        4.2.1 系统时钟配置
        4.2.2 直接内存访问(DMA)配置
        4.2.3 片上总线(SPI)配置
    4.3 参数分析算法实现
    4.4 文件系统软件实现
        4.4.1 ECC奇偶校验算法
        4.4.2 数据文件地址转存与分配
    4.5 通信协议软件实现
        4.5.1 基于定制以太网帧的通信协议
        4.5.2 收发端口配置
        4.5.3 通信仿真与验证
    4.6 本章小结
第五章 信号采集及预处理前端硬件实现
    5.1 信号采集及预处理前端硬件需求分析
    5.2 振动信号采集传感器
        5.2.1 振动传感器选型
        5.2.2 磁电式振动传感器测振原理
    5.3 电源模块
        5.3.1 电源模块核心芯片选型
        5.3.2 电源电路设计与实现
    5.4 模/数转换电路
        5.4.1 模/数转换电路核心芯片选型
        5.4.2 模/数转换电路实现
    5.5 信号预处理单元
        5.5.1 基于CPLD的信号调理电路
        5.5.2 采样频率的调节
        5.5.3 CPLD模块仿真与验证
    5.6 通信接口模块
    5.7 本章小结
第六章 针对某无人机活塞式航发的振动测试结果与分析
    6.1 某无人机活塞式航空发动机概述
    6.2 某无人机活塞式航空发动机测振系统时域信号
        6.2.1 加速阶段发动机振动时域信号
        6.2.2 恒速阶段发动机振动时域信号
        6.2.3 减速阶段发动机振动时域信号
    6.3 某小型活塞式航空发动机测振系统频域信号
        6.3.1 加速阶段发动机振动频域信号
        6.3.2 恒速阶段发动机振动频域信号
        6.3.3 减速阶段发动机振动频域信号
    6.4 测振系统关键参数分析结果
    6.5 本章小结
第七章 全文总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]航空发动机滑油磨粒在线监测[J]. 孙衍山,杨昊,佟海滨,张雯,曾周末.  仪器仪表学报. 2017(07)
[2]浅谈航空发动机维修[J]. 项焕辉.  科技资讯. 2016(09)
[3]航空新型静电传感器建模与标定实验[J]. 冒慧杰,左洪福,黄文杰,殷逸冰,刘宸宁.  航空学报. 2016(07)
[4]基于嵌入式Linux的采煤机状态监测与故障诊断系统设计[J]. 方质彬,潘宏侠,曲景阳.  煤矿机械. 2013(11)
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[6]基于Elman神经网络的电力负荷预测模型研究[J]. 石黄霞,何颖,董晓红.  工业仪表与自动化装置. 2013(01)
[7]航空发动机故障诊断算法测试平台[J]. 冯健朋,郭迎清.  航空计算技术. 2012(02)
[8]机载预测与健康管理（PHM）系统的体系结构[J]. 张亮,张凤鸣,李俊涛,李永宾.  空军工程大学学报(自然科学版). 2008(02)
[9]预测与健康管理技术的发展及应用[J]. 张宝珍.  测控技术. 2008(02)
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博士论文
[1]民用涡扇发动机在线健康诊断关键技术研究[D]. 张书刚.西北工业大学 2014
[2]基于模型的重型燃气轮机气路故障诊断研究[D]. 蒲星星.清华大学 2013
[3]航空发动机故障诊断的融合技术研究[D]. 鲁峰.南京航空航天大学 2009

硕士论文
[1]航空发动机状态监控与典型故障分析[D]. 张经璞.沈阳航空航天大学 2017
[2]基于灰色系统理论的QAR数据挖掘算法研究[D]. 杨欣.中国民航大学 2015
[3]基于数据的航空发动机气路故障诊断研究[D]. 张丽.清华大学 2014
[4]基于Qt的多电飞机电源监测系统研究及实现[D]. 赵晶晶.南京航空航天大学 2013
[5]基于故障树分析法的航空活塞发动机故障诊断专家系统研究[D]. 严军.电子科技大学 2010
[6]RLV健康管理方案及关键系统监控原理[D]. 彭云.西北工业大学 2005



本文编号：3707061