直升机广泛应用于现代战争、非战争军事行动和许多民用领域,在我国军事、经济和社会发展中扮演着重要角色。直升机属于低空飞行器,其传动系统一旦出现异常,很可能会造成灾难性事故。在飞行过程中,直升机机体的振动致使其传动系统工作环境恶劣,测试的振动信号信噪比低。早期微弱故障或潜在故障的异常表象通常较轻微,症状不明显、特征信息微弱;即使当传动系统故障发展到中晚期,状态信号也可能被强背景噪声湮没,致使故障特征不易识别。尽可能早地准确捕捉、检测出传动系统的异常运行状态或潜在故障的早期行为,对于跟踪损伤状态演化,主动采取减损措施,避免直升机因传动系统故障导致的灾难性事故是十分迫切且关键的。早期损伤/故障微弱特征增强检测,实质上是一个强噪声背景下的微弱特征信号检测问题。近年来,基于非线性增强效应的微弱特征信号检测技术正引起越来越多研究者的关注,挖掘探索的潜力巨大。随机共振因其独特的优势在微弱特征信号检测领域具有重要的作用和实际价值。针对直升机传动系统运行状态检测中存在的问题,本文基于随机共振的非线性增强效应开展了直升机传动系统状态增强检测的理论和方法研究。论文完成的主要工作包括:(1)构建了参数调节随机共振的归一化尺度变换模型,设计了大参数信号的增强检测步骤。设计实现了可调参数随机共振模拟电路模块。基于归一化尺度变换和硬件模块提出了两种故障增强检测策略。实验台轴承早期损伤和直升机传动系统轴承故障增强检测实验验证了模型和策略的有效性,结果表明两种策略适用于传动系统关键部件的故障增强检测。(2)提出了一种基于信号预白化和随机共振的轴承早期故障增强检测方法。利用基于倒谱编辑的信号预白化方法分离传动系统轴承和齿轮的振动信号,获取包含白噪声和轴承损伤引起的冲击信号的白化信号,最后应用随机共振模型增强轴承早期损伤的特征信号。轴承植入故障实验验证了所提出的早期损伤增强检测方法的有效性及其对损伤演化过程的跟踪能力。(3)构建了一类多尺度双稳随机共振阵列模型,研究了此阵列模型的随机共振效应。多尺度双稳阵列模型由双稳随机共振振子单元构成,用于处理噪声强度超出单振子能力范围的含噪信号。基于此阵列模型的随机共振增强效应,结合归一化尺度变换提出了微弱特征信号增强检测方法。通过数值仿真和实验台植入故障实验验证了提出的方法对早期损伤特征信号的增强检测能力,并与单振子随机共振增强方法和峭度图法的检测结果进行了对比分析,结果表明提出的检测方法比这两种传统方法性能更好。(4)提出了基于随机共振的微弱周期特征信号的量化检测方法。添加微弱直流分量作为偏置信号,在噪声和微弱周期信号共同驱动的非线性双稳系统中,发现了周期驱动信号幅值和平均驻留时间差之间的统计单调关系,并通过引入共振抑制概念解释了这种现象。提出了通过监测平均驻留时间差定量描述周期驱动信号的幅值和相位变化的方法,并提出了基于随机共振的信号恢复技术。通过数值仿真与随机共振电路模拟验证了定量检测方法和信号恢复技术的有效性。(5)在直升机传动系统故障检测系统中集成了基于随机共振的微弱特征信号增强检测技术。研究了常用振动特征对损伤的敏感性和对损伤尺寸的跟踪能力。基于随机共振增强特征和多种常用振动特征,构建了用于表征直升机传动系统轴承损伤状态的增强特征向量。通过模拟实验系统验证与确认了基于随机共振的特征增强检测技术的有效性。综上所述,本文提出了基于随机共振的特征信号增强检测策略和结合信号预白化分离方法的关键部件状态增强检测方法,提出了基于多尺度阵列模型的随机共振微弱特征增强检测方法,拓展了阵列随机共振理论,提出了基于随机共振的微弱特征信号定量检测和信号恢复方法,最后将研究成果集成应用于直升机传动系统状态监控与故障诊断系统中。