蒸汽弹射过程仿真与故障特征分析

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1、国内图书分类号：U664.11学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开硕士学位论文蒸汽弹射过程仿真与故障特征分析硕士研究生：郑怀亮导师：王日新副教授申请学位：硕士学科：一般力学与力学基础所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:U664.11U.D.C:531DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSIMULATIONOFSTEAM-POWEREDCATAPULTPROCESSANDFAULTSIGNATUREANALY

2、SISCandidate：ZhengHuailiangSupervisor：Prof.WangRixinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringGeneralMechanicsandSpecialty：FundamentalMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofOralExamination：June,2015University：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要蒸汽弹射装置是保证航母战斗力的核心装置，国

3、外在蒸汽弹射器的制造和监测技术方面远胜于我国。国内对于蒸汽弹射器的研究多集中在系统设计方面，对于蒸汽弹射器状态监测和故障诊断方面的研究甚少，然而蒸汽弹射器的健康监测技术对于保证弹射器正常运行，尽量减少弹射事故发生、保证飞行员和战机的安全具有重要的意义。所以本文以蒸汽弹射过程中涉及到的主要部件为研究对象，应用仿真分析的手段对蒸汽弹射系统中主要故障的故障特征进行分析，为进一步实现弹射系统的状态评估和故障诊断奠定基础。为了实现上述研究目的，本文首先通过对蒸汽弹射过程原理的研究建立了描述蒸汽弹射过程中各部件工作原理的数学模型，分别建立了储汽筒的

4、数学模型、汽缸的数学模型、舰载机的动力学模型、发射阀液压控制系统数学模型以及蒸汽流经发射阀的模型。并在这些数学模型的基础之上，通过对数学模型进行变化，同时结合相应的数值方法，在MATLAB中建立了各部件的仿真模型；在此基础上依据各部件间信息传递的关系建立了蒸汽弹射过程的仿真模型，并通过对比仿真数据与美军标实测数据验证了模型的合理性。最后通过对正常状态的仿真，得到了正常状态的系统监测数据。系统的监测数据是进一步实现系统故障特征分析的基础，因为系统的监测数据中包含了系统的健康状态信息，为了从离散的和抽象的监测数据中提取这些信息，需要将数据的

5、变化形式数学化。所以，针对系统正常状态下的仿真监测数据，通过分析其变化特点发现其为趋势变化数据，并通过曲线拟合的分析方法建立了各个监测数据的变化趋势模型，这样就将系统监测数据所包含的信息寓于这些模型之中，当系统发生故障而导致监测数据变化规律发生变化时，将通过模型参数的变化反应出来。最后，针对弹射系统中的内泄露故障和活塞运行阻力增大故障分别进行了仿真分析。通过对比正常状态与故障状态下的监测数据，提取了各故障的显著特征，并通过对某些监测数据模型参数随故障程度的变化规律进行分析，提取了能够放映故障的特征参数，最后分析了各故障对弹射过程的影响。

6、关键词：蒸汽弹射器；弹射过程仿真；数据建模分析；故障仿真；故障特征分析-I-AbstractAbstractThesteam-poweredcatapultisthepivotaldeviceofensuringAircraftCarrier’sfightingability,However,ourcountryisfarbehindAmericaandBritianinmanufactureandmonitoringtechnologyofsteamcatapult.Thedomesticresearchesonsteamcatapu

7、ltaremostaboutcatapultsystemdesign,thereareveryfewaboutsteamcatapultconditionmonitoringandfaultdiagnosis,butthesetechnologyisverysignificativeonguaranteeingcatapultoperatenormally,aviodingcatapultaccidentandensuringthesecurityofaviatorandaircraft.Therefore,thistexttakest

8、hemainpartsofsteamcatapultsystemwhichinvolvedinsteamcatapultprocessasresearchobjects,usesthemeanofsimul