重大装备安全监控与寿命预测 - 西安交通大学教师个人主页

研究背景

典型如航空发动机是飞机的“心脏”，极端服役环境导致灾难事故时有发生，运行安全保障是航空发动机的永恒主题。大中型航空发动机是一种在高速（高压转子速度超过14000 rpm、叶尖线速度可达400 m/s）、高温（高压涡轮进口温度可达2000 K）、重载（推重比可达10、起飞推力可高达20吨）、强扰动（进口气流综合畸变指数可达12%）等极端服役环境下运行的高精密复杂机械装备，被誉为现代工业“皇冠上的明珠”。发动机工作条件恶劣多变、使用工况复杂。因此发动机服役过程的健康监测与故障诊治至关重要。

研究内容

(1) 航空发动机振动传递路径研究

建立的双转子结构动力学模型，分析振动传递路径、振动对故障形成的作用以及典型振动故障的发展机制，探究故障响应特征；通过复杂输入与少测点输出响应的关联分析，建立多输出与少输出的映射关系。

(2) 航空发动机装配性能研究

可拆卸盘鼓型结构是一种广泛采用的航空发动机转子装配结构形式，研究航空发动机转子的装配性能评估方法，提取对装配性能变化敏感的特征，构造了与装配性能退化过程相一致的装配性能评估指标。

(3) 航空发动机感知技术与健康管理

研究航空发动机流道高温与叶片裂纹感知原理与传感手段；研究强噪声干扰下微弱故障信号的过完备稀疏表示字典构建方法，揭示强噪声信号的稀疏消减机制；研究寿命预测方法。构建发动机机载监测诊断EHM系统、直升机HUMS系统。

(4) 高铁PHM

高铁装备属于典型复杂机电系统，定期维修容易造成维修量大、工作强度高、准确性不足的局面；而且劳动力密集型维修体制无法在国外复制，难以满足高铁海外出口的维修保障需求。研究基于故障机理、大数据驱动的智能诊断方法，逐渐向状态维修体制过渡，从而保障运行安全、提高维修效率，满足国内和海外维修保障需求。

研究内容

图1 航空发动机轴承寿命实验台

支撑项目与阶段成果

项目：国家重点基础研究计划（973计划）“航空发动机运行安全基础研究”，2015CB057400，2015年1月-2019年8月

国家杰出青年科学基金“机械系统动态监测、诊断与维护”，编号：51225501，执行年限：2013.01至2016.12，总经费200万元

合作单位：空军工程大学、西航、5719、624等，中车集团青岛四方、永济电机

论文：

(1) Yan R, Gao R X, Chen X. Wavelets for fault diagnosis of rotary machines: A review with applications[J]. Signal Processing, 2014, 96: 1-15.

(2) Chen X, Du Z, Li J, et al. Compressed sensing based on dictionary learning for extracting impulse components[J]. Signal Processing, 2014, 96: 94-109.

(3) Matching Demodulation Transform and Synchro Squeezing in Time-Frequency Analysis，IEEE Transactions on Signal Processing, 2014

(4) 基于稀疏分解理论的航空发动机轴承故障诊断，机械工程学报，2015.

(5) Chen X, Shen Z, He Z, et al. Remaining life prognostics of rolling bearing based on relative features and multivariable support vector machine[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science, 2013, 227(12): 2849-2860.