本發明涉及船舶閥門仿真，更具體地說，它涉及一種艦船閥門故障模擬與冗余切換試驗系統及方法。
背景技術：
1、艦船管路系統（如海水冷卻系統、壓載水系統等）是保障艦船生命力和任務完成能力的關鍵組成部分。閥門作為管路系統中控制介質通斷、調節流量和壓力的核心執行部件，其運行狀態直接關系到全船的安全。然而，艦船運行環境惡劣，管路系統長期處于高濕、高鹽霧、振動及變負荷工況下，電液驅動蝶閥容易出現內漏、執行機構卡滯、密封失效等故障。
2、目前，現有的閥門試驗臺大多側重于單一閥門的出廠性能檢測或單一物理量的標定，缺乏能夠在陸上實驗室環境下高度還原艦船真實流體網絡（高壓、大流量）的綜合性故障模擬平臺。更重要的是，現有的試驗技術往往局限于“故障診斷”，即發現故障后報警停機。而在真實的艦船作戰或航行任務中，單一節點的失效不允許導致系統停擺，系統必須具備“容錯”和“冗余重構”能力。即當主閥門發生嚴重故障時，系統應能自動識別并無縫切換至備用管路，以維持系統功能的連續性。
3、現有的技術方案雖然提供了一種電動閥門故障模擬與數據采集分析試驗臺，實現了對多種故障模式的模擬和數據采集，但其并未針對艦船特定的電液驅動蝶閥進行針對性設計，且缺乏對雙閥門（主/備）冗余切換控制邏輯的硬件支持與實驗驗證方法。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種艦船閥門故障模擬與冗余切換試驗系統及方法，解決了現有技術未針對艦船特定的電液驅動蝶閥的卡滯故障、內漏故障進行模擬，且缺乏對雙閥門（主/備）冗余切換控制邏輯的試驗。
2、本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：
3、本發明的第一方面，提供了一種艦船閥門故障模擬與冗余切換試驗系統，系統包括：
4、水源循環模塊，用于提供具有額定壓力和流速的介質，以滿足故障工況的模擬；以及
5、測試執行模塊，用于對所述水源循環模塊流出的介質進行不同故障工況的模擬，模擬完成后介質流入至所述水源循環模塊；
6、其中，所述測試執行模塊包括兩條并聯設置的測試支路，分別為安裝有測試蝶閥的第一測試支路和安裝有備用測試蝶閥的第二測試支路，兩條測試支路匯流后回流至水源循環模塊；其中，所述第一測試支路作為受試對象用于模擬故障工況并提供狀態監測數據；當控制系統診斷判定所述第一測試支路的測試蝶閥發生嚴重故障時，自動啟用所述第二測試支路進行冗余接管，以提供對艦船閥門健康管理系統及冗余切換控制算法的驗證。
7、在一種實現方案中，所述水源循環模塊包括介質循環支路，所述介質循環支路包括水箱、y型過濾器和電機泵組，所述水箱、y型過濾器和電機泵組依次連接；
8、所述水箱與y型過濾器之間設置有第一手動球閥，所述電機泵組的出口上安裝有第一止回閥，所述介質循環支路上并聯有安全閥和壓力調節閥。
9、在一種實現方案中，所述水源循環模塊還包括用于模擬不同的溫度工況或維持熱平衡的冷卻循環支路，所述冷卻循環支路包括冷卻泵、空濾器和冷卻器，所述冷卻泵、空濾器和冷卻器依次連接；
10、所述水箱與冷卻泵之間設置有第二手動球閥。
11、在一種實現方案中，所述水箱上安裝有液位計和液位開關，用于實時監測介質的液位狀態；所述水箱底部設有放油球閥，用于排污或排空閥使用。
12、在一種實現方案中，所述電機泵組的出口還設置有壓力測試模塊，所述壓力測試模塊包依次連接的測壓接頭、測壓軟管和壓力表，以及壓力傳感器。
13、在一種實現方案中，介質循環支路的輸出依次串聯有流量調節閥和第一電磁流量計，用于調控流入所述測試執行模塊的流量。
14、在一種實現方案中，介質流入所述測試蝶閥的一端安裝有第三手動球閥，介質流出所述測試蝶閥的一端安裝有第四手動球閥，介質流入所述備用測試蝶閥的一端的管路安裝有第五手動球閥，介質流出所述備用測試蝶閥的一端安裝有第六手動球閥；
15、所述第一測試支路與第二測試支路與水箱之間安裝有排氣閥和背壓閥；
16、其中，在第一測試支路正常運行時，第五手動球閥和第六手動球閥關閉。
17、在一種實現方案中，所述測試蝶閥與所述第四手動球閥之間還設有泄漏測試旁路，所述備用測試蝶閥與所述第六手動球閥之間還設有備用泄漏測試旁路，所述泄漏測試旁路上安裝有第七手動球閥，所述備用泄漏測試旁路上安裝有第八手動球閥；
18、所述泄漏測試旁路與備用泄漏測試旁路的輸出安裝有第二電磁流量計，所述第二電磁流量計的輸出并聯有第九手動球閥和隔離球閥，所述隔離球閥的輸出連接有電子秤。
19、在一種實現方案中，所述測試蝶閥及其電液執行機構上還配置有聲發射傳感器、加速度傳感器、扭矩傳感器和角位移傳感器，所述聲發射傳感器安裝于閥門射流位置開始至8倍射流口直徑范圍內的管道外壁；所述加速度傳感器安裝于閥門法蘭及執行器外殼；所述扭矩傳感器安裝于執行器與閥軸連接處。
20、本發明的第二方面，提供了一種艦船閥門故障模擬與冗余切換試驗方法，方法包括：
21、搭建如本發明的第一方面提供的一種艦船閥門故障模擬與冗余切換試驗系統；其中，系統包括水源循環模塊，用于提供具有額定壓力和流速的介質，以滿足故障工況的模擬；以及測試執行模塊，用于對所述水源循環模塊流出的介質進行不同故障工況的模擬，模擬完成后介質流入至所述水源循環模塊；其中，所述測試執行模塊包括兩條并聯設置的測試支路，分別為安裝有測試蝶閥的第一測試支路和安裝有備用測試蝶閥的第二測試支路，兩條測試支路匯流后回流至水源循環模塊；其中，所述第一測試支路作為受試對象用于模擬故障工況并提供狀態監測數據；當控制系統診斷判定所述第一測試支路的測試蝶閥發生嚴重故障時，自動啟用所述第二測試支路進行冗余接管，以提供對艦船閥門健康管理系統及冗余切換控制算法的驗證；
22、開啟第一測試支路的閥門，關閉第二測試支路的閥門，調節額定工況和流速；
23、利用測試蝶閥的電液執行機構控制閥板產生角度偏差以模擬內漏故障，或調節電液執行機構的液壓回路阻尼以模擬卡滯故障；
24、采集故障模擬的實時數據，根據實時數據對測試蝶閥的運行狀態進行診斷，根據診斷結果執行冗余控制邏輯；其中，所述冗余控制邏輯為：當診斷測試蝶閥為正常狀態時，維持測試蝶閥開啟、備用測試蝶閥關閉，保持額定壓力不變；當診斷測試蝶閥為輕微內漏時，維持測試蝶閥開啟，降低額定壓力；當診斷測試蝶閥為嚴重內漏或卡滯時，判定測試蝶閥失效，控制第二測試支路的備用測試蝶閥打開，并同步關閉第一測試支路的測試蝶閥。
25、與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
26、在本發明提供的一種艦船閥門故障模擬與冗余切換試驗系統中，通過構建與實船參數一致的液壓循環系統，結合聲發射、振動、扭矩等多源異構傳感器，不僅能模擬電液驅動蝶閥的閥門內漏、卡滯等典型故障，還能通過硬件上的并聯冗余設計，驗證當主閥失效時自動切換至備用閥的控制策略，從而保證艦船海水系統在故障工況下的持續運行能力。