航空发动机快变信号的稀疏结构化增强原理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91860125
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

The aero-engine is the heart of the airplane. The safety and reliable operation are the first priority of the aero-engine, which always attracts the global concern. However, the aero-engine services in an extreme environment, such as high speed, high temperature, heavy load, and strong disturbance, which may result in serious accidents. As a result, service safety of aero-engine becomes one of the major bottlenecks for advancing the aero-engine technology. Because of the factors such as the frequently varying condition, the sharp speed-up or speed-down, and high-speed varying-stiffness, the instantaneous frequency of the vibration of the aero-engine is always highly oscillated and changed with time. The vibration signals with fast time-varying instantaneous frequency are strong nonstationary. This project will analyze aero-engine vibration signals with fast time-varying instantaneous frequency, and research the sparsity-assisted structured enhancement principle for aero-engine vibration analysis with fast-varying instantaneous frequency. Firstly, the influence of the vibration noise will be investigated, and the statistic model of the vibration noise will be studied to improve the robustness of the vibration signal analysis. Secondly, the sparsity priors and the time-frequency priors will be introduced to enhance the performance of the vibration signal analysis, and thus to improve the effectiveness of the sparsity-assisted machinery fault diagnosis. Thirdly, the vibration noising and customized shrinkage/thresholding operator-driven adaptive optimization method will be studied, and then the accurate fault diagnosis can be realized. Lastly, taking a center aero-engine dual-rotor system as the research object, the experimental and engineering study will be implemented. Based on these researches, the sparsity-assisted structured enhancement method will be proposed for aero-engine vibration analysis with fast-varying instantaneous frequency. The research results of this project will provide a theoretical basis and technical support for aero-engine fault diagnosis, and thus will provide a significant role in guaranteeing the safety and reliable operation of mechanical equipment.
航空发动机是飞机的“心脏”,常常工作于高速、高温、重载、强扰动等极端服役环境,导致灾难性事故时有发生,航空发动机故障诊断是制约我国航空发动机运行安全的“卡脖子”瓶颈。本项目针对航空发动机快变信号分析与故障诊断难点,根据快变信号的物理特征与数学特征,研究快变信号分析的稀疏结构化增强原理与方法,以提高航空发动机运行安全保障能力。具体包括:研究航空发动机振动噪声影响与噪声建模方法,提升快变信号分析鲁棒性;研究航空发动机快变信号稀疏时频结构先验增强原理,提高快变信号分析能力;研究振动降噪与定制化阈值收缩算子驱动的自适应优化方法,实现航空发动机快变信号分析与故障诊断;以某型航空发动机双转子系统为对象,开展实验与工程验证研究。在上述研究基础上,提出航空发动机快变信号的稀疏结构化增强原理与方法,探索航空发动机故障诊断研究的基础理论与工程应用方法,为提高我国航空发动机运行安全提供理论与技术支撑。

结项摘要

航空发动机是飞机的“心脏”,常常工作于高速、高温、重载、强扰动等极端服役环境,导致灾难性事故时有发生,健康监测与故障诊断对保障航空发动机运行安全至关重要。本项目以航空发动机频繁变工况、大幅升降速、高转速变刚度运行等引起的瞬时频率快速变化、且具有强时变非平稳特性的快变信号为分析对象,研究航空发动机快变信号分析稀疏结构化增强原理。.(1)提出了航空发动机振动噪声广义高斯混合模型建模方法,在噪声建模框架下将实际的多源噪声分布与理论上的拉普拉斯分布、混合高斯分布进行有效的拟合匹配,提升快变信号分析算法的鲁棒性;(2)提出了快变信号时频结构先验增强方法,构建了数据保真项、稀疏正则项以及快变结构正则项三者融合的航空发动机快变信号稀疏优化模型,提升快变信号特征提取精度;(3)提出了定制化阈值收缩算子驱动的自适应优化方法,实现航空发动机快变信号分析与故障诊断;(4)搭建了航空发动机双转子系统等试验平台,开展了实验研究与工程应用。.基于本项目相关研究成果,以第一作者或通讯作者发表SCI论文8篇,会议论文2篇;申请并授权发明专利6项。航空发动机快变信号研究成果获得2020年教育部自然科学一等奖1项“航空发动机快变信号匹配时频及智能诊断理论与应用”,项目负责人排名第三。作为骨干成员参与国家自然科学基金重大研究计划集成项目“航空发动机主轴承及传动系统故障智能诊断研究”,本项目研究成果将集成于某型航空发动机健康管理系统中。 基于本项目的资助与相关研究,项目负责人于2021年晋升教授,获批国家自然科学基金优秀青年基金,国家两机重大专项课题,以及中国航发集团企业横向课题2项,作为骨干成员参与、国家自然科学基金重点项目“航空发动机燃油控制系统服役安全保障方法研究”(2019-2023)和国家重点研发计划项目各1项。项目负责人自2021年1起,担任领域著名期刊IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement副编辑。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(2)
专利数量(6)
Synthesis versus analysis priors via generalized minimax-concave penalty for sparsity-assisted machinery fault diagnosis
通过稀疏辅助机械故障诊断的广义极小最大凹罚分进行综合与分析先验
  • DOI:
    10.1016/j.ymssp.2019.02.053
  • 发表时间:
    2019-07
  • 期刊:
    Mechanical Systems and Signal Processing
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Shibin Wang;Ivan W. Selesnick;Gaigai Cai;Baoqing Ding;Xuefeng Chen
  • 通讯作者:
    Xuefeng Chen
Ridge-aware weighted sparse time-frequency representation
岭感知加权稀疏时频表示
  • DOI:
    10.1109/tsp.2020.3039871
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Signal Processing
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    Chaowei Tong;Shibin Wang;Ivan Selesnick;Ruqiang Yan;Xuefeng Chen
  • 通讯作者:
    Xuefeng Chen
Sparsity-assisted bearing fault diagnosis using multiscale period group lasso
使用多尺度周期组套索的稀疏辅助轴承故障诊断
  • DOI:
    10.1016/j.isatra.2019.08.042
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ISA Transactions
  • 影响因子:
    7.3
  • 作者:
    Botao An;Zhibin Zhao;Shibin Wang;Shaowen Chen;Xuefeng Chen
  • 通讯作者:
    Xuefeng Chen
Low-dimensional multi-scale Fisher discriminant dictionary learning for intelligent gear-fault diagnosis
用于智能齿轮故障诊断的低维多尺度 Fisher 判别字典学习
  • DOI:
    10.1088/1361-6501/abf619
  • 发表时间:
    2021-04
  • 期刊:
    Measurement Science and Technology
  • 影响因子:
    2.4
  • 作者:
    Li Zhou;Shibin Wang;Zhibin Zhao;Gaigai Cai;Ruqiang Yan;Xuefeng Chen
  • 通讯作者:
    Xuefeng Chen
Adaptive Robust Noise Modeling of Sparse Representation for Bearing Fault Diagnosis
用于轴承故障诊断的稀疏表示自适应鲁棒噪声建模
  • DOI:
    10.1109/tim.2020.3039648
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement
  • 影响因子:
    5.6
  • 作者:
    Botao An;Shibin Wang;Ruqiang Yan;Weihua Li;Xuefeng Chen
  • 通讯作者:
    Xuefeng Chen

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其他文献

航空发动机快变信号的匹配同步压缩变换研究
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  • 通讯作者:
    王诗彬

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王诗彬的其他基金

数据与机理驱动的可解释性人工智能及航空装备智能诊断
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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