摘要
轮缘推进器（Rim-driven thruster，RDT）电机的定、转子间隙允许水流通实现电机冷却，电机定、转子间设置有一层防水护套。常用的电机护套材料包括：不锈钢、钛合金、碳纤维、增强树脂、橡胶或玻璃钢等。由于不锈钢护套的涡流损耗较大，钛合金涡流损耗较小但制造成本高，因此大量RDT电机采用非金属护套。RDT在服役的过程中，电机非金属护套可能出现裂纹、水解和磨损等损伤，随着损伤的扩展，最终可能会出现电机渗水和短路等故障。目前针对服役时RDT电机护套状态的识别手段匮乏的问题，本文研究了一种基于超声导波的RDT电机护套损伤原位监测方法，为RDT电机系统故障诊断提供理论依据，具体研究工作如下： （1）研究了RDT电机护套的基本结构和材料构成，分析了护套损伤特点。对比不同损伤监测方法的优缺点和应用范围，确定了基于超声导波的电机护套损伤原位监测方法。通过试验分析了超声导波在金属材料和非金属材料中传播特性的区别，确定了超声导波在不同材料中需要激励的频率范围。利用超声导波信号在损伤处会发生调制现象的原理，研究损伤调制信号和频率解调的方法，设计了对RDT非金属电机护套的损伤监测方案。 （2）分别建立了基于非线性超声导波的RDT电机护套损伤监测模型和基于超声螺旋导波的RDT电机护套损伤监测模型并进行仿真试验。仿真试验结果表明：采用非线性超声法，可以准确对完成对特征值的提取，满足电机护套损伤定位以及有效识别的要求。超声螺旋导波法即便是信噪比很低的情况下，通过Short Time Wavelet Entropy(STWE)算法仍能分析出原始信号的位置，为螺旋导波对护套损伤识别提供了理论依据。 （3）搭建了基于超声导波的RDT机护套损伤识别试验平台，开展非线性超声导波损伤监测试验。试验采用同侧混频的激励方式，使用频谱分析的方法完成损伤的识别，采用对信号延迟分组的方式实现对损伤的定位，结合Hibert-Huang Trasformation（HHT)，提取信号的特征幅值，完成对损伤深度的识别。结果表明，非线性超声法对损伤的定位误差为5.3%，损伤的深度与损伤信号的特征幅值呈反比的关系。 （4）对螺旋导波在管道中的传播路径以及螺旋角度进行计算，设计出超声传感器的最佳布置方案，开展超声螺旋导波损伤监测试验。使用STWE算法对超声信号熵值的提取，结合 Time Of Arrive（TOA）算法完成对护套损伤在三维空间上的定位，通过分析不同损伤深度下信号能量值与熵值的变化情况完成对损伤深度的识别。结果表明，超声螺旋导波法对损伤的定位误差在10%以内，损伤深度与损伤信号的能量值与熵值都呈正比的关系。 本文通过超声导波的方法完成了对RDT电机非金属护套的原位监测，通过仿真试验和实际试验相结合的方式验证了该监测方法的可靠性。为RDT电机护套提供了一种监测手段，保证RDT在运行过程中电机护套出现损伤时能够及时发现并进行处理。
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