一种液体火箭发动机非平稳压力数据分析方法及装置与流程

本发明涉及火箭发动机数据分析，尤其涉及一种液体火箭发动机非平稳压力数据分析方法及装置。

背景技术：

1、在液体火箭发动机试车试验中，需要测试涡轮泵、发生器、推力室、供应管路等部位的压力，作为反映发动机和试车台设备工作过程特性的重要参数。压力不稳定是发动机工作过程中可能出现的问题之一，影响发动机的性能和稳定性，严重时可能引起发动机结构破坏，导致灾难性事故发生。压力数据分析结果是定位问题产生原因的主要依据，对设计改进具有指导意义，因此采用准确、有效的方法对非平稳压力数据进行分析是非常重要的。

2、发动机进入额定工况、高工况或低工况后出现的非平稳压力数据，既包含压力平均幅值的漂移现象，又含有压力的往复振荡等多种特征，现有方法仅能采用计算平均值和最值等的方式分析稳态压力或通过时频分析技术分析脉动压力数据，不适用于具有多尺度的非平稳数据。

3、因此，亟需一种液体火箭发动机非平稳压力数据分析方法及装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种液体火箭发动机非平稳压力数据分析方法及装置，用于解决现有压力数据分析方法仅能分析单一类型的压力数据，而无法对具有多尺度的火箭发动机非平稳压力数据进行分析的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种液体火箭发动机非平稳压力数据分析方法，包括：

4、获取液体火箭发动机的试车数据；

5、对所述试车数据依次进行时域分析、频域分析以及时频域分析，得到不稳定数据以及所述不稳定数据的主频分布特征和能量集中区细节特征；

6、根据所述不稳定数据确定滑动均值和压力振荡数据；

7、根据主频分布特征、所述滑动均值以及所述压力振荡数据，确定压力非平稳时间段，并计算所述压力非平稳时间段的不稳定数据的评价指标；所述评价指标包括滑动均值漂移量和振荡均方根；

8、采用线性拟合方法确定发动机系统参数以及结构参数与所述评价指标的关系；

9、计算不同测量位置之间的压力振荡数据的时间差；所述时间差用于反映振荡产生来源和波动传递规律。

10、可选的，所述对所述试车数据依次进行时域分析、频域分析以及时频域分析，得到不稳定数据以及所述不稳定数据的主频分布特征和能量集中区细节特征包括：

11、根据所述试车数据，从时域角度判断不同次试车对应的试车参数是否具有差异，并将具有差异的试车参数对应的试车数据确定为不稳定数据；

12、对所述不稳定数据进行快速傅里叶变换处理，得到频率分布特征，并根据所述频率分布特征确定能量集中区频段；所述频域分布特征包括主频分布特征；

13、采用小波变换对位于所述能量集中区频段的不稳定数据进行处理，得到能量集中区细节特征。

14、可选的，所述根据所述不稳定数据确定滑动均值和压力振荡数据包括：

15、从所述不稳定数据的起始位置开始，按照预设滑动窗长截取连续数据窗口，并计算所述连续数据窗口内数据的平均值；

16、将窗口逐点向后滑动依次得到新的连续数据窗口，并计算新的连续数据窗口内的数据的平均值；

17、完成所述不稳定数据的窗口滑动和平均值计算，得到所述不稳定数据的滑动均值；

18、将所述不稳定数据中频率高于预设频率的数据确定为压力振荡数据。

19、可选的，所述压力非平稳时间段包括第一时间、第二时间以及第三时间中的至少一个；根据主频分布特征、所述滑动均值以及所述压力振荡数据，确定压力非平稳时间段包括：

20、将所述主频分布特征中主频发生变化的数据对应的时间确定为第一时间；

21、将所述滑动均值中幅值超过预设压力范围的滑动均值对应的时间确定为第二时间；

22、将所述压力振荡数据中振荡幅值超过预设压力设计值容差的数据对应的时间确定为第三时间。

23、可选的，计算所述压力非平稳时间段的不稳定数据的评价指标包括：

24、将所述压力非平稳时间段的不稳定数据对应的滑动均值的最大值和最小值的差值确定为滑动均值漂移量；

25、计算压力非平稳时间段的不稳定数据对应的压力振荡数据的均方根值，得到振荡均方根。

26、可选的，所述计算不同测量位置之间的压力振荡数据的时间差包括：

27、按照预设采样间隔对各测量位置的压力振荡数据进行采样，得到离散数据；

28、采用自相关性计算不同测量位置的离散数据的时间差。

29、可选的，所述试车数据包括各次试车的测量数据；所述对所述试车数据依次进行时域分析、频域分析以及时频域分析，得到不稳定数据以及所述不稳定数据的主频分布特征和能量集中区细节特征之前还包括：

30、将各次试车的测量数据的时序进行统一，得到时序统一数据；所述时序统一数据的时序与火箭发动机的工作时序一致；

31、对所述时序统一数据进行滤波处理，得到预处理后的试车数据；预处理后的试车数据与时序统一数据的相位特性相同。

32、可选的，所述对所述试车数据依次进行时域分析、频域分析以及时频域分析，得到不稳定数据以及所述不稳定数据的主频分布特征和能量集中区细节特征，之后还包括：

33、将所述主频分布特征的频率与燃烧频率以及结构频率进行对比，若所述主频分布的频率范围位于所述燃烧频率的区间，则判定为燃烧类不稳定，若所述主频分布的频率位于所述结构频率的区间，则判定为结构振动类不稳定；

34、将所述主频分布特征的主频数值与低频基准区间和高频基准区间进行对比，若所述主频数值位于所述低频基准区间，则判定为低频不稳定；若所述主频数据位于所述高频基准区间，则判定为高频不稳定。

35、可选的，根据所述频率分布特征确定能量集中区频段包括：

36、从所述频率分布特征中提取频谱峰值以及所述频谱峰值对应的中心频率；

37、将所述频谱峰值的功率除以二，得到半功率判定阈值；

38、根据所述中心频率和所述半功率判定阈值确定能量集中区域频段；所述能量集中区频段的中点为所述中心频率，所述能量集中区频段的下限频率和上限频率对应的功率均为所述半功率判定阈值。

39、与现有技术相比，本发明提供的一种液体火箭发动机非平稳压力数据分析方法，包括：获取液体火箭发动机的试车数据；对所述试车数据依次进行时域分析、频域分析以及时频域分析，得到不稳定数据以及所述不稳定数据的主频分布特征和能量集中区细节特征；根据所述不稳定数据确定滑动均值和压力振荡数据；根据主频分布特征、所述滑动均值以及所述压力振荡数据，确定压力非平稳时间段，并计算所述压力非平稳时间段的不稳定数据的评价指标；所述评价指标包括滑动均值漂移量和振荡均方根；采用线性拟合方法确定发动机系统参数以及结构参数与所述评价指标的关系；计算不同测量位置之间的压力振荡数据的时间差；所述时间差用于反映振荡产生来源和波动传递规律。本发明给出了完整的液体火箭发动机非平稳压力数据的分析方法，并且提出了火箭发动机压力不稳定量化分析的评价指标。本发明可以获得发动机系统参数以及结构参数与评价指标的关系，通过该关系可以识别出导致压力不稳定的原因，为液体火箭发动机的设计改进提供依据，还可以通过获得的时间差确定液体火箭发动机压力振荡产生来源和传递规律，为故障定位和设计改进进行指导。且本发明适应各型号液体火箭发动机非平稳压力数据的分析，适用于工程化应用。

40、第二方面，本发明提供一种液体火箭发动机非平稳压力数据分析装置，包括：

41、试车数据获取模块，用于获取液体火箭发动机的试车数据；

42、分析模块，用于对所述试车数据依次进行时域分析、频域分析以及时频域分析，得到不稳定数据以及所述不稳定数据的主频分布特征和能量集中区细节特征；

43、不稳定数据划分模块，用于根据所述不稳定数据确定滑动均值和压力振荡数据；

44、压力非平稳时间段和评价指标确定模块，用于根据主频分布特征、所述滑动均值以及所述压力振荡数据，确定压力非平稳时间段，并计算所述压力非平稳时间段的不稳定数据的评价指标；所述评价指标包括滑动均值漂移量和振荡均方根；

45、拟合模块，用于采用线性拟合方法确定发动机系统参数以及结构参数与所述评价指标的关系；

46、时间差计算模块，用于计算不同测量位置之间的压力振荡数据的时间差；所述时间差用于反映振荡产生来源和波动传递规律。

47、与现有技术相比，本发明提供的一种液体火箭发动机非平稳压力数据分析装置的有益效果与上述技术方案所述一种液体火箭发动机非平稳压力数据分析方法的有益效果相同，此处不做赘述。