题目：航空液压能源系统动态失效机理与健康管理关键技术研究

现代战争对飞机的任务出勤率和战备完好率的要求不断提高，传统的定时维修和事后维修手段越来越难以满足上述需求；另一方面，现代战机的维护保障费用占其全生命周期费用的比例高达60%-70%，已成为国防的沉重负担。为了有效解决飞机维护保障过程中存在的这两大问题，故障预测与健康管理技术（Prognostic and Health Management, PHM）应运而生，以实现飞机的视情维修，提高飞机的战备完好性和综合保障性。飞机液压能源系统为飞机舵面操纵、起落架收放和刹车等提供高压油液，其连续可靠运行对飞行安全至关重要。飞机液压能源系统PHM是整机PHM的重要组成部分，准确高效的寿命预测和故障诊断是其最重要的两项关键技术。 对于液压能源系统的核心部件液压泵而言，目前已有的寿命预测方法均基于传感器信号，通过采用各种数据处理手段实现预测。这类方法并没有抓住液压泵寿命终结的根本原因——内部摩擦副的磨损失效，而只是依靠泵外部特征，因此预测结果具有很大的局限性。对于液压泵的故障诊断而言，目前大多数方法只能解决同一时刻只发生一类故障时的诊断问题；而在实际应用中，由于工作环境恶劣、工作载荷大，液压泵很可能同时发生多种故障，此时如何实现准确诊断是急需解决的问题。 本文面向目前液压泵PHM技术中存在的上述问题，紧扣“摩擦副磨损失效”这一导致液压泵寿命终结的根本原因，深入研究液压泵配油副的润滑磨损失效机理，建立摩擦副润滑油膜压力分布和动态厚度解析模型；基于润滑磨损理论，建立配油副磨损失效模型，并以此为基础对液压泵进行性能可靠性评估；针对液压泵的多故障诊断问题，提出了一种新的分层诊断推理机，最终实现了多种故障的同时诊断；为了对理论研究结果进行试验验证，设计了国内首套液压泵动态油膜测试与故障诊断综合试验系统。上述这些问题的解决，为最终建立我国自己的液压能源PHM系统打下良好基础。本文主要开展以下五方面的研究： （1）基于雷诺方程提出了液压泵配油副润滑油膜压力分布解析模型。首先根据柱塞泵的结构和工作特点对雷诺方程进行简化，考虑油膜的动态挤压效应，并以此为基础分别求解配油盘排油窗口、排油口三角槽和顶部过渡区柱塞内外封油带的压力分布。该压力分布模型与已有文献相比更加全面。 （2）提出了航空液压泵配油盘-转子摩擦副润滑油膜动态厚度解析模型。油膜厚度由转子复杂的动态运动过程决定。深入分析配油盘排油口、排油窗三角槽和顶部过渡柱塞在旋转过程中的动态转角区间，计算润滑油膜对转子的支撑力和支撑力矩；考虑了柱塞腔压力、柱塞摩擦力、通过斜盘施加给转子的径向力、轴承的支撑力矩等因素，最终建立了较为完备的配油副润滑油膜动态厚度模型。通过与试验数据进行对比，证明了理论计算结果的正确性。 （3）基于液压泵磨损失效机理，提出了一种基于动态润滑磨损的液压泵性能可靠性模型。建模过程中，将配油盘在润滑条件下的磨粒磨损作为影响液压泵寿命的关键因素，按不同磨损机理分别计算配油盘表面的磨损质量。建模过程考虑了液压泵转速和工作时间、配油盘材料特性（硬度和密度）和尺寸特性、磨损颗粒尺寸和形状等诸多因素的影响，与传统可靠性分析方法相比，计算结果更加符合实际情况。 （4）为了解决航空液压泵同时发生多种故障时的故障诊断问题，本文提出了一种新的基于统计平均相对能量差的多故障诊断方法。对于航空液压泵常见的五类故障，即配油盘磨损、入口压力不足、斜盘不对中、柱塞球头间隙增大和轴承磨损，首先得到诊断传感器优化布局方案，并设计了三层故障诊断推理机，构建了一种基于统计平均相对能量差的故障诊断方法，最终实现各类故障的诊断与定位。 （5）设计了国内首套液压泵动态油膜测试与故障诊断综合试验系统。该系统包括柱塞泵球面配油副油膜特性测试和液压泵多故障诊断系统两部分。通过在液压泵配油副安装微型温度传感器、压力传感器和微位移传感器，实现了对球面配油副润滑油膜特性的全面测量。以DSP为核心，设计了机载PHM原理样机，对诊断算法进行了验证。