面向直升机传动系统PHM的虚拟样机建模方法研究

The transmission system is the key monitoring part of helicopter’s PHM, which is facing the problem that is difficult to obtain the fault data in the diagnosis and maintenance research. Through the platform of physics experiments to obtain the data which will spend a lot of time and funds,and it can not simulate all kinds of faults completely. The project is established by the virtual prototyping model of helicopter’s different operating conditions to obtain the fault data, the content includes:(1)Studying on vibration modeling method of helicopter transmission system, and establishing the normal state of virtual prototype model;(2)Researching on the faults’ injection method of different types, degree and position , and establishing the virtual prototype model of the helicopter transmission system during different fault conditions;(3) Studying of fault propagation characteristics of a helicopter transmission system based on complex network, and establishing the fault dynamic evolution model of virtual prototype;(4) Researching on the model correcting method based on actual data ,with a small amount of incomplete fault source signals to modify the simulation signal which can reflect the running state of helicopter comprehensively, and ensure the simulation signal reliably. It can save manpower, material and financial resources by the function of implementing the physical experiment platform of fault diagnosis in the virtual prototype, and also implement various forms of fault simulation of helicopter transmission system quickly. The research project will promote the development of helicopter transmission systems’ PHM technology, and providing the reference for the fault diagnosis of complex mechanical system.

直升机传动系统故障预测与健康管理过程中常存在故障数据难以获取的问题，通过物理实验平台获取数据，时间经费代价大，且不能全面模拟各类故障。项目拟通过建立直升机不同运行状态虚拟样机模型获取故障数据，内容包括：(1)研究直升机传动系统振动建模方法，建立正常状态虚拟样机模型；(2)研究不同类型、程度、位置故障植入方法，建立直升机传动系统不同故障状态虚拟样机模型；(3)研究基于复杂网络的直升机传动系统故障传播特性，建立故障动态演化虚拟样机模型；(4)研究基于实际数据的模型修正方法，以少量不全面实际数据修正可全面反映直升机运行状态虚拟样机模型及其仿真信号，确保仿真信号可靠。以虚拟样机实现故障诊断中物理实验平台的功能，可节省人力物力财力，方便快捷的实现直升机传动系统各种形式故障模拟。项目研究工作将促进直升机传动系统PHM技术的发展，为其它复杂机械系统的故障诊断提供参考。

传动系统是直升机关键核心且易损部件，其运行状态监测与诊断一直是航空领域关注的热点和难点。传动系统实际运行故障数据往往以灾难性事故为代价，原始故障数据难以获取，完全依赖真实故障数据给传动系统诊断技术的发展带来极大困难。通过搭建物理实验平台可获取试验数据，但物理实验平台可模拟的故障有限；通过构建传动系统故障演化虚拟样机模型可获取更广泛的不同位置、类型、程度的仿真数据。项目组通过开展传动系统故障演化虚拟样机建模研究，为综合利用虚拟样机仿真数据和实验平台试验数据共同构建完备原始数据库提供基础。开展的研究工作包括：1.直升机主传动系统虚拟样机建模与仿真。建立了直升机主传动系统正常状态虚拟样机模型及断齿故障虚拟样机模型，研究了运行过程中摩擦系数变化、齿侧间隙变化及轴系相对位置变化对对主传动行星轮系啮合力及振动响应的影响。2. 直升机尾传动系统虚拟样机建模与仿真。建立了直升机尾传动系统正常状态虚拟样机模型及断齿故障、轴承故障虚拟样机模型，研究了齿面磨损及轴系相对位置变化对尾传螺旋锥齿轮系动力学响应特性的影响。3.搭建了相应的试验平台，用于建模及模型验证。.项目执行期间，发表学术论文14篇，录用待发表论文3篇；申请发明专利6项，已获授权4项；申请实用新型8项，已获授权7项；参加国内外相关学术会议20次，在全国性学术会议上做“直升机传动系统多体动力学建模与诊断分析方法”等学术报告5次；成果“航空动力装备动力学性能试验技术”获湖南省技术发明二等奖、“航空动力装备力学环境模拟与测试技术及其试验装置”获中国仪器仪表学会科技成果二等奖、“基于虚拟样机的航空动力装备可视化诊断技术与平台”获中国仪器仪表学会科技成果三等奖。培养硕士研究生10名。形成了直升机传动系统PHM虚拟样机建模方法理论体系，成果有着广泛应用前景。