极端振动环境下直升机电连接器接触损伤耦合机理与间歇故障诊断技术

The helicopter electronic connectors are the key assemblies for flight safety in the extreme vibration environment, intermittent faults often emerge in the electronic connectors of the helicopter, and they are mostly RTOKs in the following checking. These intermittent faults can’t be easily detected and isolated, and usually result in mission broken. They are also a major security risk in the helicopter flight. Aiming at the problem, this project starts from the view of analyzing the intermittent fault internal inducements(contact damage) and external inducements(extreme vibration) of the electronic connectors, and deeply analyzes the dynamics characteristics on contact damage of the electronic connector in the extreme vibration environment based on contact damage and multi-states intermittent contact model. The project also explores the inherent relationship between the life time of extreme vibration stress and the damage of electronic connector, and takes researches on the internal damage tracking theory and method of electronic connectors based on the analysis of the vibration time stress. Finally, an innovation method is proposed on the traditional fault diagnosis method of mechanical component, which is on the basis of fault signs. The innovation method uses a coupled correlation analysis method by combining the internal damage states of the electronic connectors, the external vibration stress mutation and the intermittent fault symptoms, and based on the dynamics characteristic on contact damage of the electronic connector and the intermittent faults particular characteristics including discrete nonlinear, random state and transient transfer, the intermittent fault diagnosis method of the electronic connectors based on the perturbation analysis theory in phase space is studied.

直升机电连接器是直升机安全飞行的核心关键部件之一。在极端振动环境下，直升机电连接器间歇性故障频发，直接造成任务的中断，而事后检查多表现为重测合格，故障无法查找与诊断隔离，是直升机飞行的重大安全隐患。本项目针对该问题，从直升机电连接器间歇故障的主要内因（接触损伤）和外因（极端振动环境应力）综合分析的角度，建立直升机电连接器的接触损伤-多态非连续接触动力学模型，分析极端振动环境下直升机电连接器接触损伤时的动力学特性，研究直升机电连接器内部接触损伤跟踪的理论和方法。在此基础上，革新传统以故障征兆为主要依据的故障诊断方法，将电连接器当前内部接触损伤状态、外部极端振动环境应力及间歇故障征兆进行耦合关联分析，并依据电连接器接触损伤时的动力学特性及其间歇故障离散非线性、状态随机/瞬时转移的独有特点，研究基于相空间摄动分析的电连接器间歇故障诊断与识别方法。

直升机电连接器是直升机安全飞行的核心关键部件之一。在极端振动环境下，直升机电连接器间歇性故障频发，直接造成任务的中断，而事后检查多表现为重测合格，故障无法查找与诊断隔离，是直升机飞行的重大安全隐患。本项目针对该问题，深入研究了极端环境下直升机电连接件随机损伤与间歇故障耦合机理及其诊断技术，具体研究内容包括：.（1）极端振动环境下直升机电连接件接触损伤机理.首先对间歇故障的行为特征与统计指标进行分析，建立了基于CSPN的间歇故障描述模型，并基于该模型对间歇故障的参数进行分析。在此基础上，对电连接件的静态接触电阻、动态接触电阻形成过程进行分析，并针对不同型号、不同损伤状态的电连接件开展了振动应力试验，对振动环境中电连接件的动态特性进行了综合分析，得出了电连接件接触电阻与振动环境关联关系的一系列规律。.（2）基于振动应力历程分析的电连接件接触损伤跟踪模型.从电连接件接触损伤的直接诱因——外部振动环境应力时间历程分析的角度出发，首先分析了振动应力时间历程引发电连接件接触损伤的演化过程，从根源上明确振动应力历程与电连接件接触损伤的内在关系。在此基础上，建立了基于GSPN的电连接件接触损伤宏观跟踪模型，可实现对直升机电连接件内部接触损伤的跟踪计算。.（3）电连接件接触损伤—外部振动应力突变—间歇故障征兆耦合关联模型 .从电连接件间歇故障的主要内因（接触损伤）和外因（振动环境应力）综合分析的角度，深入分析了极端振动环境应力与电连接件接触损伤的内在关联关系，建立基于隐马尔科夫模型（HMM）与神经网络（ANN）相结合的电连接件接触损伤—外部振动应力突变—间歇故障征兆耦合关联模型。.（4）基于插入损耗增益分析（ILI）的电连接器间歇故障诊断方法.首先对信号在连接件互联线中的传输特性进行了分析，并对电连接件单端测试的故障特征进行了分析，在此基础上，根据信号接收的噪声容限和连接器在传输路径中的传输特性，确定接触电阻的故障阈值。然后根据接触电阻的故障阈值确定ILI的故障阈值，提出了基于插入损耗增益分析（ILI）的电连接器间歇故障诊断方法。.（5）直升机航向姿态系统电连接件间歇故障案例验证.综合项目各项研究内容和技术成果，将项目研究的技术和方法集成到直升机航向姿态系统自诊断系统中，对直升机航向姿态系统关键部件地平仪开展了极端振动环境应力试验，以检验项目研究技术方法的有效性。