一种固体火箭发动机试车状态健康监测系统及方法与流程

本发明涉及固体火箭发动机测试领域，尤其涉及一种固体火箭发动机试车状态健康监测系统及方法。

背景技术：

1、发动机试车试验是在大型固体火箭发动机研制过程中必不可少的重要环节。通过发动机试车试验，可以对发动机的各项技术指标进行验证，考核发动机各项性能是否满足指标要求。大型固体火箭发动机试车时，发动机整体受到较大的推力和内压，壳体、绝热层、药柱、喷管等各系统要承受严酷的力热环境，产生较大的温度、应变、变形、振动和噪声响应。在大型固体火箭发动机试车过程中，健康监测是试车试验工作的重要内容，健康监测能够快速判断发动机试车状态是否正常，识别发动机设计的薄弱环节，评估发动机设计的安全裕度，助力发动机的改进优化设计和生产工艺提升，降低发动机的研制生产成本。

2、目前现有技术中固体火箭发动机健康监测系统主要聚焦于发动机长期贮存状态，通过外置式超声检测设备、射线设备和内嵌式应变传感器等监测发动机的健康状态。也就是说现有技术中发动机健康监测系统一般只能监测应变和变形，无法全方位监测发动机试车过程中的状态变化。

3、因此，如何全方位监测固体火箭发动机的健康状态，是目前亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明主要目的在于提供一种固体火箭发动机试车状态健康监测系统及方法，能够全面感知固体火箭发动机试车过程中的测量信息，实时评估发动机试车过程中的健康状态，并且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，降低生产成本。

2、第一方面，本技术提供了一种固体火箭发动机试车状态健康监测系统，其中该系统包括：

3、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；

4、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；

5、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。

6、结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，所述感知系统包括：

7、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；

8、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；

9、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；

10、噪声传感器：其用于测量发动机试车过程中整体噪声信息；

11、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；

12、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。

13、结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，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；

14、所述压强传感器布置于所述固体火箭发动机的前封头；

15、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；

16、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。

17、结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，所述健康处理系统，包括：

18、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；

19、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；

20、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。

21、结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，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；

22、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；

23、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；

24、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；

25、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。

26、结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，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。

27、结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，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。

28、结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，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。

29、结合上述第一方面，作为一种可选的实现方式，所述数据传输系统包括：

30、第一交换机、光栅解调仪和第二交换机；

31、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；

32、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；

33、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。

34、第二方面，本技术提供了一种固体火箭发动机试车状态健康监测方法，其中该方法包括步骤：

35、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；

36、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；

37、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。

38、本技术提供的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。本技术能够全面感知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，降低生产成本。

39、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。