直升机传动系统行星轮系损伤检测与预测的模型驱动理论与方法研究

直升机传动系统采用无冗余设计，其行星轮系具有多齿轮啮合振动的耦合与抑制以及啮合冲击方向的时变效应等特点，因此针对直升机行星轮系开展损伤检测与预测研究时存在损伤数据样本缺乏、损伤特征信息获取困难等问题，限制了数据驱动方法的应用。为此，本申请在多体动力学、非线性理论的基础上，构建带损伤行星轮系的有限元模型与刚柔耦合多体动力学模型，研究损伤植入与演化试验方法、多向传感信息耦合重构的损伤感知方法，提出物理模型驱动的行星轮系损伤检测与预测方法，并结合试验台测试数据和外场直升机实测数据对该方法开展验证工作，为提高直升机传动系统运行的可靠性、增强损伤检测与预测的精确性、减少直升机重大灾难事故的发生具有重要意义。

直升机传动系统一旦出现故障，极易造成直升机机毁人亡。为了提高直升机飞行可靠性，研究直升机传动系统损伤检测技术，尤其是早期损伤检测技术显得尤为重要，十分迫切。目前采用的数据驱动方法存在着对损伤样本要求高、检测可信度相对较低等不足，在实际应用中受到很大的限制。因此，本文以行星齿轮这一直升机传动系统的核心部件为研究对象，引入模型驱动方法，提出直升机行星齿轮损伤检测模型驱动方法，有效提高行星齿轮损伤检测的准确性。.针对损伤检测模型驱动方法的理论基础问题，分析了直升机行星齿轮的传动原理、主要损伤形式及损伤特征频率，改进了行星齿轮的平移-扭转动力学模型，对行星齿轮正常状态以及齿面磨损、齿根裂纹、齿面点蚀等损伤状态进行了动力学仿真，为直升机行星齿轮损伤检测提供了物理模型与仿真数据。.针对损伤检测模型驱动方法的参数选取问题，在介绍常用振动参数的基础上，利用Vague集理论对振动参数进行了筛选，得到了行星齿轮损伤检测中需要重点监测的10种参数，为行星齿轮损伤检测特征提取研究提供了基本参数。.针对损伤检测模型驱动方法的特征提取问题，提出了单位圆特征提取方法，给出了单位圆特征提取方法的基本概念和实现步骤。利用遗传算法对振动参数的基准点进行训练优化，有效提取了振动高维数据中的特征信息，在一定程度上解决了行星齿轮损伤检测中的特征提取难题。.针对损伤检测模型驱动方法的构建问题，在直升机行星齿轮损伤检测中引入免疫原理，提出了基于免疫算法的损伤检测方法，得出行星齿轮各状态的特征抗体，为提高直升机行星齿轮损伤检测准确性提供了一条新的途径。.最后对全文进行总结，指出了本文的主要创新点，并对进一步开展损伤检测模型驱动方法的研究工作提出了展望。