航天飞行器结构系统在热—力耦合环境下的健康监控技术研究

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1、西北工业大学硕士学位论文航天飞行器结构系统在热—力耦合环境下的健康监控技术研究姓名：万婧申请学位级别：硕士专业：人机与环境工程指导教师：宋笔锋20060301摘要航天飞行器结构系统在热～力耦合环境下的健康监控技术研究本文以某一航天飞行器机翼结构的抗扭盒段模型为为研究对象，主要对结构系统在热力耦合环境下的健康监控技术进行研究，主要包括翼盒模型的有限元分析、数据处理方法及实验研究三部分。第一部分提出课题研究背景后，分别在普通环境和热力耦合环境下对翼盒模型进行了力学特性分析，表明翼盒模型在复杂环境中力学特性会发生

2、变化，从而更易导致故障。然后对翼盒模型的典型故障形式进行数值模拟，分析了故障前后翼盒力学特性的变化，结果表明在故障情况下，翼盒模型力学特性也会发生改变。第二部分结合傅里叶变换方法对数值模拟的结果进行分析处理，重点研究小波分析在飞行器结构健康监控中的主要应用。小波方法能克服传统傅里叶变换的缺陷，可将故障信号的具体特征同时在时频域内体现，有较好的时频局部化特性。然后介绍了小波包分析的基本原理，将～种“能量一故障”的方法应用于飞行器结构健康监控中，通过分析信号能量的变换来诊断信号中的故障信息。第三部分简介了飞行器

3、健康监控实验室的实验原理，对翼盒模型的传感器布置进行了优化设计，并对实验数据进行了分析处理，验证了小波变换的现实可行性。关键词：航天飞行器健康监控傅里叶变换小波分析小波包分析时频域能量一故障摘要HealthMonitoringforAircraftstructuralsystemontheheat—forcecoupledenvironmentAbstract：Inthispaper，takingthetorsion-resistedboxofwinginanaircraftasallexample，res

4、earchworkfocusesonthetechnologyofaircraftstructuralhealthmonitoringundertheheat-forcecoupledenvironment．Itincludesfiniteelementanalysisoftheboxmodel、dataprocessingtechnologyandexperimentmainly．Inthefirstpart，afterintroducingthebackgroundoftask．themechanica

5、lcharacteristicsoftheboxmodelareanalyzedunderbothordinaryandheat-forcecoupledenvironment．TheresultsindicatethatthemechanicalcharacteristicsoftheboxmodelchangedinthelatterwhichwillleadtOfaultseasier．Andthentypicalfaultpatternsoftheboxaresimulatednumerically

6、．Theboxmodelcharacteristicschangedunderfaultsandnormalbycomparingwiththenormal．Secondly,thedataoftheseabovesimulationsareayalyzedandprocessedwiththehelpofFourierTransforminordertostudytheapplianceofWaveletTransforminthefieldofaircraftstructuralhealthmonito

7、ring．TheWaveletTransformcanovercomethelimimtionofFourieTransformandhasabettertimeandfrequencycharacteristics．ThefaultdataCanalsobedescribedinbothtimeandfrequencydomain．Next，basingintroducingtheWaveletPacketAnalysistheory,the“energy—fault”methodisappliedina

8、ircraftstructurehealthmonitoring．AndthefaultsCanberecognizedanddiagnosedbyanalyzingthechangesofenergyinsignals．Anaircrafthealthmonitoringexperimentisintroducedinthethirdpart．Theoptimizationdesignofsensors’lay