美军航空维修这些数据类型不知道你懂不懂 反正我看了想哭

美军航空维修目前采用了大量的数据技术，通过这些技术用来分析部件细微状态，从而推测故障类型和部件健康程度。比如，南卡罗来纳大学基于状态研究中心已经建设了一套AH-64“阿帕奇”直升机尾桨传动轴（TRDT）模拟试验台，用于收集振动、声学、温度、扭矩、速度数据，用来控制部件运行状态，进行更深入的机械分析。这么多学科的数据，笔者不是一下子就能看懂，翻书翻辞典翻到了想哭但是哭不出来，等到思念像海……

控制旋转的传动装置采用AH-64直升机模型的军用标准，包含连接轴承、弹性联轴器、变速箱（中间和尾桨变速箱）等主要部件，输入和输出扭矩由主传动电动机和吸能电动机模拟。S1和S2两个位置收集加速计数据（如图），两个加速计相距3.43米，中间变速箱和尾桨变速箱安装热电偶等其他传感器，声学数据从持续监控试验台工作的视频文件中获得。

图2-1-1：AH-64“阿帕奇”直升机尾桨传动轴模拟试验台与工作原理图

尾桨传动轴试验台主要监测2种对振动分析十分重要的信号。S1加速计收集前支架轴承的信号，S2加速计收集后支架轴承的信号，加速计提供48千赫（160～180毫秒区间上）的信号，整个试验过程要提取8196个样本。为便于测试和测量，试验首选设定了一个基线轴，以及一个承受不稳定载荷的偏斜轴，综合收集这2种不同状态轴的实时信息，从而获得不同偏斜程度状态下的监测结果，随后使用典型的FFT分析和时频分析，再通过单一信息和交互信息度量法进行统计分析和数值分析。

物理定义。通过分析传动系统的实际物理过程，就能了解振动特征的同步和正交信息，并与聚类样式进行关联。图2-2-1显示了不平衡和错位过度是旋翼动力系统力/振动/磨损损伤的主要原因。

图2-2-1：传动轴不平衡力分布图

如果传动轴轴承松动或存在瑕疵，轴的几何中心线或质量中心线与旋转轴不一致，就会产生不平衡的力/振动，导致轴上出现偏心力，形成垂直旋转轴线的旋转矢量力，这种矢量力的幅值（Fu）和相位角（φ）都在不断变化（图2-2-1a、b）。D代表支架轴承的振动数据，由专门的加速计收集，x和y代表径向振幅，z代表轴向振幅，扭转振动包括来自连接轴承、变速箱、动力装置和机身带来的振动，每一个支架轴承都有专门的加速计，只收集x轴方向的振动。其中Dx和Dy，Ax和Ay代表X轴和Y轴上的位移和位移幅值，φ代表角速度，φx和φy代表相位角。不平衡引起的振动将同步在2个轴承加速计S1和S2上（φy-φx=0），只显示不平衡力的幅值（Fu），表明交互信息测量时的正交定量和同步的变量。Du和Dm1 是φy-φx= 90时的曲线，Dm2是φy-φx=120时的曲线。物理定义表达式如下：

传感器S1和S2位置的支架轴承的轴是变截面（非均匀）轴，它由多个零件组成，在轴承位置由弹性联轴器连接，所以不可避免出现角误差的情况。南卡罗来纳大学试验中角误差主要是2个轴在连接时造成的角度误差，这种误差与不平衡正好相反，会导致Z轴方向上的预加负荷，而且分解到X轴方向上。这些力会对与联轴器距离最近的轴承产生很大影响，并与更远位置的传感器产生相差，使φy-φx≠ 0。

由于实际传动部件的振动、噪声和高次谐波更加复杂，不仅产生复合相频振动，而且不能进行单独分析。工业界目前普遍采用的轴诊断技术是轴中心线轨迹监控技术，同一位置的X和Y方向上都需要2个传感器，还需要一名熟练的操作人员，因此不太适用于军用直升机基于状态维修项目的故障诊断。南卡罗来纳大学的交互信息测量的优势在于能够将2种不同位置的加速计信号整合，同时测量机械振动信号的所有频率和相位信息。

诱因。频率领域的高级信号分析假设时间域的信号稳定不变，这种假设对于运行稳定的系统适用，但是出现异常状况的系统的特点是不平稳或是在时间和频率范畴具有瞬变特征，瞬变特征的基频又难以界定，因此必须同时考虑时间和频率范畴，通过时频分析界定随时间变化的频率特征。

由于功率谱是描述信号功率随频率变化的函数，振动噪声信号功率谱处理将更多应用到基于状态维修数据，并与时频分析进行对照。图2-3-1显示了S1和S2位置的频谱，这些不同机械状态的振动数据能够反映微小的谐振变化，但是频谱看上去非常相似，细微谐振的频率位移和功率损耗的变化也不容易把握，不能发现较短时间间隔内发生的变化，各自频段的功率都需要在完整时间间隔内测量。

图2-3-1：功率谱密度图

因此，项目团队利用时频分析同时提供时间和频率信息，用来分析评估杂乱的瞬态信号。这些研究都是基于以下假设：机械部件诊断与预测的振动分析在时间和频率范畴进行，时频分析在很大时间量度内由专业人员分析振动水平的趋势和规律。项目团队的主要创新是对非常短的时间量程内的信号进行时频分析，显示时间信息的所有瞬变特征。研究人员能够提取瞬时频率、群时延和Rényi信息等参量，对瞬态信号进行定量描述，大量运用时频分析获得比经典分析更丰富的系统描述。