液体火箭发动机涡轮泵健康监控系统_谢光军

国　防　科　技　大　学　学　报　　

第27卷第3期　　　　　　JOURNALOFNATIONALUNIVERSITYOFDEFENSETECHNOLOGY　　　　

文章编号:1001-2486(2005)03-0040-05Vol.27No.32005

液体火箭发动机涡轮泵健康监控系统

谢光军,胡海峰,秦国军,胡茑庆,温熙森

(国防科技大学机电工程与自动化学院,湖南长沙　410073)Ξ

摘　要:为了提高液体火箭发动机涡轮泵的安全性,,机涡轮泵健康监控系统(TP2HMS),工程实现了TP2HMS、试车后数据分析子系统和实时数据库支持子系统等,,然后利用历史试车数据与转子试验平台数据对TP2HMS(MATA)进行了离线和实时在线验证;,MATA没有发生误检测情况,并具有实时故障检测的能力;,准确给出故障信号的时间和频率信息。因此,TP2HMS。

:;涡轮泵;健康监控;实时故障检测;试车后数据分析

:V434+121　　文献标识码:A

TheHealthMonitoringSystemofTurbopumpforLiquid

RocketEngine

XIEGuang2jun,HUHai2feng,QINGuo2jun,HUNiao2qing,WENXi2sen

(CollegeofMechatronicsEngineeringandAutomation,NationalUniv.ofDefenseTechnology,Changsha410073,China)

Abstract:Inordertoenhancethesafetyofliquidrocketengine(LRE)turbopumpandminimizethedamageofitsfaults,ahealthmonitoringsystemofturbopump(TP2HMS)isdesignedforalargeLRE.Aftertherealizationofthesubsystemsforsignalacquisition,real2timefaultdetection,posttestdataanalysisandreal2timedatabasesupport,thefunctionandtheflowofexecutionareinvestigatedandanalyzed.Then,themulti2featureadaptivethresholdcompositivedecision2makingalgorithm(MATA)isvalidatedwiththehistoricaldatafromLREtestaswellasreal2timedatafromrotortestplatform.Toobtaintheinformationoffaultsignals,theadaptivespectrogramisappliedinthedataanalysis.ItisshownthatMATAcandetectthefaultsinrealtimeandgivenofalsealarminthiscase.Throughtheapplicationofadaptivespectrogram,thecross2terminterferenceissuppressed.Thetimefrequencyinformationisobtainedaccurately.Therefore,theconclusionisdrawnthattheTP2HMSdesignissuitableforthehealthmonitoringofLREturbopump.

Keywords:liquidrocketengine;turbopump;healthmonitoring;real2timefaultdetection;posttestdataanalysis

在液体火箭发动机的发展进程中,源于可靠性和安全性的需求,其健康监控问题越来越受到重视[1,2]。而涡轮泵在泵压式液体火箭发动机中占有较高的故障概率,大部分故障都与其有关[3],并且涡轮泵是唯一无法通过试车后返厂检查来确定其结构健康状况的部件[4]。因此,涡轮泵的状态监测与故障诊断不仅可以有效地降低涡轮泵乃至整个发动机的故障程度,减小故障损失,而且为火箭发动机的不分解交付提供了可靠的依据。

美国已有三套涡轮泵专用健康监控系统投入使用,即飞行加速度计安全关机系统(FASCOS)[5]、实时振动监测系统(RTVMS)[6]和试验后故障诊断系统(PTDS)[7],其中FASCOS和RTVMS应用于实时涡轮泵故障检测。尽管如此,该国仍然继续研究和探索涡轮泵健康监控新技术,如在先进健康管理系统(AHMS)[8]中,利用数字信号处理器发展了新的实时振动红线监控算法,监控涡轮泵转子的不平衡问题;马歇尔空间飞行中心(MSFC)则利用涡轮测试设备(TTE)和计算流体动力学(CFD)分析方法,对涡轮泵

Ξ收稿日期:2004-12-17

基金项目:国家863高技术研究发展计划资助项目(2002AA722070);国家自然科学基金资助项目(50375153)

),男,博士生。作者简介:谢光军(1976—

谢光军,等:液体火箭发动机涡轮泵健康监控系统41

转子叶片压力的不稳定性进行测量与预测[9],等等。而国内虽然涡轮泵状态监控与故障诊断系统(TCMD2000)[10]和YF-75状态监控与故障诊断工程应用系统(CMFDS)[11]曾参与了液体火箭发动机的地面试车过程,但是,到目前为止,这两套系统还没有在涡轮泵健康监控中得到很好的应用。问题的关键在于,TCMD2000在实时故障检测方面的工作还需要深入;CMFDS由于实时故障检测算法计算量的影响,还有待于进一步完善。

针对国内目前的情况,急需建立一套完整的涡轮泵健康监控系统,全性、可靠性和操作人员的工作效率,1　系统设计与实现

系统设计主要包括测试硬件子系统、持子系统等设计。

1.1　测试硬件子系统

,所以其信号的采样频率高、数据量大,对实时监测系统。,NI公司的嵌入式实时控制器和PXI数据传输总线。嵌入式实时、可靠性高、实时性强;PXI总线在数据宽度、数据速率、性价比等方面都优于VXI总线,并且PXI具有优良的机械特性和电器特性以及规范的软件标准。图1是TP2HMS的测试硬件系统,它主要由测试对象(涡轮泵)、信号拾取模块(传感器组)、信号调理模块、PXI数据采集模块、PXI嵌入式实时控制器、以太网交换机、TP2HMS及实时数据库支持子系统等组成

。

图1　TP2HMS测试硬件子系统组成框图

Fig.1　TheframeworkoftesthardwareforTP2HMS

1.2　实时故障检测子系统

由于液体发动机涡轮泵工作在极端的物理条件下,其故障会带来不可估量的破坏性,而且涡轮泵转速与振动信号的频率比较高,信号的变化趋势比较快,所以,在涡轮泵振动信号处理算法上,做了认真仔细的考虑,为了确保故障检测的正确性、及时性,以及故障分析的有效性,确定了短数据均值自适应阈值算法(SDM2ATA)、多特征参量自适应阈值综合决策算法(MATA)、多特征参量自适应相关阈值算法(MACTA)和阶次分析方法的实时涡轮泵状态监测算法。

1.3　试车后数据分析子系统

由于实时故障检测子系统仅对涡轮泵的状态异常和故障与否做出判断,并不对故障进行分析与定位,为此,本文 …… 此处隐藏：5970字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……