基于虚拟现实技术的航空发动机机械故障诊断研究

摘要

伴随航空航天科学技术的飞速发展，航空发动机的运行安全及可靠性被人们广泛关注。作为飞机的“核心动力”，航空发动机性能的好坏直接关系着飞机的飞行性能、可靠性以及乘客人身的安全性。虚拟现实技术可以有效降低产品的研制开发成本，近年来广泛应用于各大制造行业。为了保障航空发动机的可靠性，确保其安全运行，减少其维护成本，论文在国家自然科学基金项目“基于虚拟现实技术的复杂机电系统故障预报与最优维护研究”的支持下，基于虚拟现实技术对航空发动机机械故障的诊断问题开展了研究。
　　首先，研究了航空发动机的机械系统故障机理，对机械系统中传动系统、滑油系统、密封系统和主轴轴承分别进行了故障机理及常见故障类型和原因的分析和研究，探究航空发动机可能存在的故障及易发生故障的部位。利用虚拟现实技术建立了航空发动机的参数化模型，为模拟航空发动机运行及故障再现提供了基础。
　　其次，在虚拟环境中对建立的虚拟模型进行了边界条件的确定以及约束的添加，模拟航空发动机真实的工作过程，研究航空发动机机械故障再现方法，应用虚拟现实平台EON Studio与LS-DYNA相结合的方法，将机械故障在虚拟现实平台实现了再现，通过虚拟再现方式确定故障部位。
　　最后，根据先验知识和历史信息，基于证据推理算法的置信规则库方法建立了航空发动机故障诊断模型，以航空发动机风扇受外物撞击产生故障为例进行，故障诊断实例分析。仿真实验与实例验证了建立的故障诊断模型，和基于虚拟现实技术与航空发动机机械故障诊断方法结合的方法的正确性，对航空发动机机械故障诊断提供了参考。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 论文选题来源

1．2 论文的研究意义与背景

1．3 国内外研究现状

1．3．1 航空发动机发展现状

1．3．2 航空发动机机械系统研究现状

1．3．3 航空发动机机械故障诊断技术研究现状

1．3．4 虚拟现实技术研究现状

1．4 本文研究内容

第二章 航空发动机工作机理及机械系统故障机理分析

2．1 航空发动机工作机理分析

2．1．1 航空发动机机械结构概述

2．1．2 航空发动机工作机理

2．2 航空发动机机械故障机理分析

2．2．1 传动系统故障机理分析

2．2．2 滑油系统故障机理分析

2．2．3 密封系统故障机理研究

2．2．4 主轴轴承系统故障机理分析

2．3 本章小结

第三章 基于虚拟现实技术的航空发动机参数化建模

3．1 虚拟建模软件介绍

3．2 参数化模型建立

3．3 叶片模型建立

3．4 整机虚拟模型建立

3．5 本章小结

第四章 航空发动机机械故障诊断研究

4．1 基于IF-THEN规则的专家系统

4．2 基于置信规则库的专家系统

4．3 基于证据推理算法的置信规则库推理方法

4．4 基于置信规则库的故障诊断

4．4．1 撞击部位概率计算

4．4．2 外物撞击叶片故障诊断研究

4．5 本章小节

第五章 基于虚拟现实技术的航空发动机工作过程模拟及故障再现技术研究

5．1 基于虚拟现实技术的航空发动机工作过程的模拟

5．1．1 虚拟现实平台EON Studio 5．0介绍

5．1．2 实现虚拟环境下航空发动机工作流程

5．2 基于虚拟现实技术的航空发动机故障再现技术研究

5．2．1 LS-DYNA特点及应用

5．2．2 LS-DYNA分析流程

5．2．3 外物撞击叶片导致机械故障的特点

5．2．4 虚拟现实环境中撞击故障再现

5．2．5 虚拟碰撞模型的建立

5．2．6 网格划分

5．2．7 边界条件及约束的添加

5．2．8 结果的求解

5．2．9 仿真结果分析

5．3 本章小结

第六章 航空发动机故障诊断系统设计与实验验证

6．1 实验验证

6．2 航空发动机机械故障诊断系统软件设计

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 工作总结

7．2 展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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