一种固体火箭发动机试车状态健康监测系统及方法
本发明公开了一种固体火箭发动机试车状态健康监测系统及方法，其中该系统包括：感知系统，其用于获取固体火箭发动机试车过程中的测量信息，所述测量信息包括：发动机试车过程中整体的推力、压强、温度、应变、位移、振动、噪声、温度场、喷出火焰的流速和结构完整性；数据传输系统，其用于接收所述感知系统传输的所述测量信息，并对所述测量信息进行光电转换处理；健康处理系统，其用于实时获取所述数据传输系统发送的转换后的测量信息，实时监测固体火箭发动机健康状态，以判断固体火箭发动机是否健康。本申请根据固体火箭发动机试车过程中的测量信息，实时评估发动机的健康状态，还能够评估发动机设计的安全裕度，助力发动机的改进优化。
发明专利
CN202311566949.3
2023-11-21
CN117489492A
2024-02-02
F02K9/96(2006.01)
湖北航天技术研究院总体设计所
杨俊斌;付密果;梁纪秋;胡长伟;刘凯;冯南鹏;杨易;武丹;贾云龙;曹鹏;付青;周杰;柯亚汉
430040 湖北省武汉市金山大道9号
武汉智权专利代理事务所(特殊普通合伙)
王江能
湖北;42
1.一种固体火箭发动机试车状态健康监测系统，其特征在于，包括： 感知系统，其用于获取固体火箭发动机试车过程中的测量信息，所述测量信息包括：发动机试车过程中整体的推力、压强、温度、应变、位移、振动、噪声、温度场、喷出火焰的流速和结构完整性； 数据传输系统，其用于接收所述感知系统传输的所述测量信息，并对所述测量信息进行光电转换处理； 健康处理系统，其用于实时获取所述数据传输系统发送的转换后的测量信息，实时监测固体火箭发动机健康状态，以判断固体火箭发动机是否健康。 2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述感知系统包括： 推力传感器：其用于测量发动机试车过程中整体的推力信息； 压强传感器，其用于测量发动机试车过程中整体的压强信息； 温度光纤传感器、应变光纤传感器、位移光纤传感器和振动光纤传感器，其用于分别测量发动机试车过程中各个子系统结构的温度、应变、位移和振动信息； 噪声传感器：其用于测量发动机试车过程中整体噪声信息； 红外热像仪：其用于测量发动机试车过程中整体温度场和喷出火焰的流速； 高速摄像机：其用于测量发动机试车过程中整体结构完整性。 3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，包括： 所述推力传感器布置于所述固体火箭发动机推力架的前端； 所述压强传感器布置于所述固体火箭发动机的前封头； 所述温度光纤传感器、应变光纤传感器、位移光纤传感器和振动光纤传感器布置于所述固体火箭发动机外表面等间距和内部； 所述噪声传感器、红外热成像仪和高速摄像机布置于所述固体火箭发动机的两侧。 4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述健康处理系统，包括： 数据采集设备：其用于实时获取所述数据传输系统发送的转换后的测量信息，并将所述测量信息发送至健康评估模块； 所述健康评估模块：其用于根据接收所述数据采集设备获取的测量信息，评估发动机试车过程中的健康工作状态； 健康显示模块：其用于实时显示发动机试车过程中的整体健康评估结果和各子系统健康评估结果。 5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于： 所述健康评估模块内设有健康数据库，所述健康数据库包括：理论预示的发动机正常工作状态的健康信息和发动机历史地面试车试验的状态信息； 所述健康评估模块，将接收到的所述测量信息存储至所述健康数据库中，并与所述数据库中的所述健康信息和所述状态信息进行实时对比； 当所述测量信息中的推力信息在预设的范围内，且所述测量信息中的剩余信息也在各自设定的预设范围内时，判断固体火箭发动机处于正常状态，发动机健康； 当所述推力信息在预设的范围内，且所述测量信息中的任意信息不在对应的预设范围内时，判断固体火箭发动机处于异常状态，发动机不健康； 当所述推力信息不在预设的范围内时，判断固体火箭发动机处于故障状态，发动机不健康。 6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括： 根据所述健康数据库中的信息对比结果，确定固体火箭发动机中的子系统存在设计故障时，对所述子系统进行强化设计，以调整所述子系统至安全裕度。 7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于： 所述健康数据库，还用于根据历次理论预示结果和地面试车试验数据进行自动升级更新。 8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于： 所述数据采集设备，还用于同时采集发动机不同位置处不同类型的测量信息。 9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据传输系统包括： 第一交换机、光栅解调仪和第二交换机； 所述第一交换机，其用于接收所述感知系统发送的所述测量信息中的电信号以及所述光栅解调仪发送的电信号，并将接收到的电信号转换为光信号； 所述光栅解调仪：其用于与所述第一交换机连接，将所述测量信息中的光信号转化为电信号，并将转换后的电信号发送给所述第一交换机； 所述第二交换机，其用于通过光缆与所述第一交换机连接，并将所述第一交换机发送的光信号转换为电信号，并发送给所述健康处理系统。 10.一种利用如权利要求1-9任一项所述的固体火箭发动机试车状态健康监测系统的固体火箭发动机试车状态健康监测方法，其特征在于，包括： 根据感知系统获取固体火箭发动机试车过程中的测试信息，所述测试信息包括：发动机试车过程中整体的推力、压强、温度、应变、位移、振动、噪声、温度场、喷出火焰的流速和结构完整性； 利用数据传输系统对接收所述感知系统传输的所述测试信息进行光电转换处理； 根据健康处理系统实时获取所述数据传输系统发送的转换后的测量信息，实时监测固体火箭发动机健康状态，以判断固体火箭发动机是否健康。