基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法与流程

本发明涉及低温管路运维，特别是基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法。

背景技术：

1、在火箭推进领域中，火箭发动机低温管路作为输送液氧、液氢或液甲烷等低温推进剂的结构部件，服役可靠性直接关系到整个运载过程的安全性和任务成败，随着可重复使用运载器方法的快速发展，对低温管路的寿命预测与健康管理提出了更高要求，近年来，基于结构健康监测的寿命评估方法逐渐成为研究热点，其中以模态分析为核心的方法路径因其非侵入性、全局敏感性及良好的工程可实施性而受到广泛关注，例如，模态参数能够有效反映结构刚度、质量分布及连接状态的细微变化，为结构损伤识别与性能退化追踪提供丰富的时变信息，为构建数据驱动的寿命预测模型奠定基础。

2、尽管如此，现有低温管路寿命评估方法仍存在改进之处，首先，依赖于应力–应变历史或裂纹扩展理论，需预设初始缺陷并依赖大量材料疲劳试验数据，难以适用于缺乏先验损伤信息的实际飞行场景，同时，部分基于振动信号的模态识别方法未充分考虑低温环境对模态参数的干扰，进而引起固有频率漂移，极易将热效应误判为结构损伤，造成寿命误估。

技术实现思路

1、鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明提供了一种基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法解决低温管路寿命误估的问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、本发明提供了一种基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法，其包括，

5、对火箭发动机低温管路进行模态测试，采集初始模态参数，建立模态基线数据库；

6、根据模态基线数据库，构建温度补偿模型；

7、在火箭飞行过程中实时采集振动信号，并通过优化辨识算法提取模态参数演化序列；

8、火箭飞行任务结束后，提取火箭发动机低温管路的模态参数连续演化轨迹；

9、利用温度补偿模型对模态参数连续演化轨迹的终点值进行温度影响剥离处理，获取净模态参数变化量；

10、将净模态参数变化量输入权重融合模型，计算综合损伤量化指数；

11、将综合损伤量化指数和模态参数演化序列输入寿命反演模型，推导火箭发动机低温管路剩余寿命。

12、作为本发明所述基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述对火箭发动机低温管路进行模态测试，采集初始模态参数，具体为：

13、将火箭发动机低温管路置于低温环境后，通过外部激励设备对火箭发动机低温管路施加激励；

14、利用传感器采集火箭发动机低温管路在激励作用下的初始模态参数。

15、作为本发明所述基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述建立模态基线数据库是指将不同采样时间的初始模态参数进行分类、标注和归档后，以统一格式汇总存储。

16、作为本发明所述基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述根据模态基线数据库，构建温度补偿模型，具体为：

17、基于模态基线数据库，对不同温度工况下的初始模态参数进行对比分析，构建温度变化与初始模态参数偏移量之间的函数关系；

18、将函数关系以数学形式定义为温度补偿模型。

19、作为本发明所述基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述在火箭飞行过程中实时采集振动信号，并通过优化辨识算法提取模态参数演化序列，具体为：

20、在火箭飞行过程中，使用振动传感器阵列采集振动信号；

21、优化辨识算法通过变分模态分解将振动信号分解为一系列本征模态函数分量，并计算各本征模态函数分量与振动信号的皮尔逊相关系数；

22、根据皮尔逊相关系数，筛选与火箭发动机低温管路振动主导频带最相关的本征模态函数分量，并进行信号重构，获取重构后的信号；

23、将重构后的信号输入随机子空间辨识算法，通过构建汉克尔矩阵进行正交投影和奇异值分解，获取飞行模态参数；

24、在火箭飞行周期内，循环采集飞行模态参数并按时间顺序排列，获取模态参数演化序列。

25、作为本发明所述基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述火箭飞行任务结束后，提取火箭发动机低温管路的模态参数连续演化轨迹，具体为：

26、火箭飞行任务结束后，持续采集火箭发动机低温管路的振动信号，直至火箭发动机低温管路恢复到环境温度；

27、对采集的振动信号以固定时间间隔进行分段，并提取每个时间段的固有频率与阻尼比；

28、将不同时间段识别出的固有频率与阻尼比按照时间顺序连接，形成模态参数连续演化轨迹。

29、作为本发明所述基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述利用温度补偿模型对模态参数连续演化轨迹的终点值进行温度影响剥离处理，获取净模态参数变化量，具体为：

30、提取模态参数连续演化轨迹的终点值；

31、查询模态基线数据库中的基准固有频率与基准阻尼比；

32、根据终点值、固有频率基准值和阻尼比基准值，计算固有频率变化量和阻尼比变化量；

33、将固有频率变化量和阻尼比变化量输入温度补偿模型，温度补偿模型根据内置的补偿算法，计算净模态参数变化量。

34、作为本发明所述基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述将净模态参数变化量输入权重融合模型，计算综合损伤量化指数，具体为：

35、使用熵权法计算固有频率变化量和阻尼比变化量的熵权；

36、将净模态参数变化量输入权重融合模型，权重融合模型根据固有频率变化量和阻尼比变化量的熵权，对净模态参数变化量进行加权融合计算，获取综合损伤量化指数。

37、作为本发明所述基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法的一种优选方案，其中：所述将综合损伤量化指数和模态参数演化序列输入寿命反演模型，推导火箭发动机低温管路剩余寿命，具体为：

38、根据模态参数演化序列建立损伤演化趋势函数，使用卡尔曼滤波算法对损伤演化趋势函数进行状态估计与参数辨识，获取损伤演化速率与损伤演化加速度；

39、寿命反演模型根据综合损伤量化指数、损伤演化速率和损伤演化加速度，计算载荷循环次数，将载荷循环次数转换为时间单位，获取火箭发动机低温管路剩余寿命的预测值。

40、作为本发明所述基于模态参数演化的火箭发动机低温管路寿命评估方法的一种优选方案，其中：

41、统计火箭发动机历史单位时间内的载荷循环次数均值；

42、根据历史单位时间内的载荷循环次数均值和寿命反演模型输出的载荷循环次数，计算火箭发动机低温管路剩余寿命的预测值

43、本发明有益效果为：构建温度补偿模型，有效剥离热效应引起的模态漂移，精准区分热变形与真实结构损伤，融合变分模态分解与随机子空间辨识的优化算法，在复杂飞行环境中实现模态参数的实时追踪，进一步结合熵权融合与卡尔曼滤波驱动的寿命反演模型，从净损伤量与时序演化趋势双重维度动态预测剩余寿命，突破了以往寿命评估依赖先验缺陷、易受温度干扰、缺乏飞行数据支撑等局限，提升了低温管路寿命预测的准确性、适应性与工程实用性。