风扇/压气机失稳辨识系统设计与验证

失速和喘振是航空发动机试验中常遇的两类气动失稳现象,为保障发动机零部件试验安全运转,必须对失速喘振信号进行在线检测控制。根据零部件试车台架的需求,设计了失速喘振辨识算法并对影响辨识算法的关键因素进行了分析,通过小型嵌入式系统为硬件平台实现了失稳辨识系统在线检测功能。该失稳辨识系统具有体积小、实时性强、抗干扰能力强的特点。在多个型号零部件试验件的应用表明,该系统能有效识别发动机深度失速和喘振状态,满足航空发动机风扇/压气机对失速喘振在线检测控制的要求,具有较高的工程应用价值。     

数字嵌入式航空发动机气动失稳预警系统的研制与应用

如何对航空发动机失速和喘振这两类气动失稳进行测量、变换,以便对气动失稳进行控制,确保发动机安全和性能是当前国内外航空界的一项重要研究内容。以涡扇发动机为研究对象,在对整机与压气机部件失速和喘振现象深入研究的基础上,以DSP为核心,研制出气动失稳预警系统。在APTD专项试验中的应用表明:该系统具有实时性强、可靠性高和动态性能好的特点。在飞机、发动机与压气机部件试验以及燃机气动失稳预报和控制等工程应用中,具有广阔的应用前景。     

涡扇发动机消喘系统设计与试验研究

在某型涡扇发动机气动失稳特征的基础上,建立了航空发动机失速/喘振特征工程数学模型,研制出发动机消喘系统数字仿真平台,完成了消喘系统的方案优化设计,并在地面台架和飞行台试验中得到了验证。其气动失稳工程数学模型、数字仿真优化设计技术和试验验证方法可广泛应用于航空发动机、地面和舰船燃气轮机、以及其它民用叶轮机械气动失稳测控设计领域,同时也为制定航空发动机消喘系统设计规范奠定了坚实的技术基础。     

基于HHT的航空发动机气动失稳信号

针对航空发动机工作范围内存在的气动失稳现象,运用希尔伯特-黄变换(HHT)分析其信号的时变特征;通过对其处理非线性、非平稳信号分析新方法与其他时频分析方法的对比,并对HHT存在的问题进行针对性解决,使其适应航空发动机气动失稳数据分析的要求.并在Labview平台上通过数字仿真试验实现和验证了HHT方法;结果表明:此算法准确有效;通过航空发动机工程试验数据的处理过程,验证了HHT在处理此类相关问题时的可行性、适用性,同时指出其仍然存在的缺陷.     

航空发动机失稳特征信号甄别

针对航空发动机失稳时的重要表征——喘振信号开展检测、判别和处理方法的研究。通过失稳信号处理器实时获取压气机压力脉动数据,采用时域诊断分析方法完成对失稳信号的在线检测和预警。经压缩部件台架试验验证,失稳信号处理器能成功分离出喘振状态下的失稳信号特征,实现对失稳信号较为准确的捕获,采用的失稳判定方法有效。研究结果表明:失稳特征信号的实时、准确甄别,是发动机失稳主动控制的先决条件,提高失稳特征信号判别的正确率,可有效避免发动机失稳过程中信号的误判、漏判。     

基于虚拟仪器的数字式气动失稳仿真系统的研制与应用

设计了基于航空发动机动态压力失稳特征的数字式仿真系统,重点阐述了基于虚拟仪器技术仿真系统的优化搭建过程及其关键技术,并在某型涡扇发动机消喘系统研制过程中成功地进行了应用。结果表明,新的优化方案能对发动机的失稳特征进行有效控制,其实时性和适用性均有实质提高。     

基于Mallat算法的机载失速喘振辨识装置研制

针对航空发动机机载失稳辨识需求,设计了一种基于数字嵌入式的航空发动机失速喘振辨识装置。该装置利用短时傅里叶变换和小波变换方法对压气机出口壁面静压信号的时频特性进行分析,及时捕获失稳状态下的突变信号并做出响应。所设计的失速喘振辨识装置在压气机逼喘试验中进行了试验验证,对试验中的喘振信号做出了准确报警,报警延时小于50 ms,满足性能设计指标,具有较高的工程应用价值。     

航空发动机盘腔积油振动故障分析

以大涵道比航空发动机盘腔积油振动故障为研究对象,正向分析振动故障树。对比积油转子自激振动失稳原理和故障转子的信号特征,确定故障原因。画出故障特征频率伯德图和等效激振力坎贝尔图,发现积油转子进入不稳定区失稳后的自激振动频率为发动机转子-支承系统高压激振第4阶临界转速,当积油转子转速退出不稳定区下边界后振幅存在明显的滞后现象。本文所做工作可为航空发动机盘腔积油故障诊断提供经验和依据。     

短时傅里叶变换在压气机气动失稳分析中的应用

摘要:短时傅里叶变换技术作为一种重要的分析工具,可用来分析某型发动机低压压气机气动失稳的时域和频域信号,从而能清晰地了解其气动失稳的发生和发展过程。所获得的这些结果将为改进该低压压气机的气动设计提供科学依据。     

基于ExternalHook的航空发动机试车台在线调参系统

介绍了基于航空发动机试车台数采系统接口ExternalHook构建在线调参系统的方法。针对航空发动机试车台不能进行发动机在线调参试验的不足,提出一种利用ExternalHook实现在线调参的方法。该系统具有很强的实用性、快速响应性、准确性和人机交互性,使发动机试验的时数和参试人员配置得到极大降低,并且该系统具有标准的软件接口,可以通过修改API代码适用于其他试车台。经过长时间试验表明,此系统可靠、安全、稳定,对于航空发动机试车在线调参科目的实现有一定的参考意义。     

航空发动机转子盘腔积油振动故障分析

结合工程中航空发动机转子在试验中遇到的积油振动问题,从积油振动理论、动力学特性和振动信号分析方面展开研究,剖析了转子盘腔积液故障机理,获得了所引起转子失稳振动的特征及规律,建立了盘腔积油故障识别的流程和准则,以及其振动监控指导。研究表明:积油在转子临界转速以上的特定区域才会产生明显的次谐波振动,引起转子自激振动,自激振动频率与转子1阶临界转速接近;在临界转速以下,仍以转频振动为主,且积油会导致过临界转速峰值增大;上述故障识别的流程和准则应用在某发动机试验件转子,准确地识别出盘腔积油特征,验证本文研究结论的正确性。      

航空发动机中介轴承的动力学减载设计

通过对3种典型的航空发动机中介轴承各30台份的试车数据统计，得到使中介轴承免受“同步冲击”的原则，即:中介轴承内、外环特征频率同风扇叶片气动激振频率的整倍数接近至2%的范围内的情况为危险区域，禁止发动机在此区域长期工作.继而提出了带中介轴承的转子系统优化迭代的动力学设计方法, 通过调整叶片数目或高、低压转子转速比，直至保证危险区域的范围不超过发动机工作范围（从慢车状态至最大状态）的10%.该方法可使中介轴承免受“同步冲击”，有效地降低轴承滚道上的动载荷，提高中介轴承的疲劳寿命.      

航空发动机稳态总体气动特性的逆向仿真研究

由于缺乏发动机稳态工作的气动参数数据,飞机/发动机气动一体化设计遇到了困难。为此对某型航空发动机的离散试车数据点进行了多元高次多项式拟合,建立了该型号发动机的稳态特性曲线。在此基础上进行了发动机的总体气动性能逆向仿真研究,建立了该型号发动机进出口气动参数随工况变化的关系曲线,为某型飞机的机体/发动机一体化气动设计提供了依据。      

某型发动机压缩系统高空稳定性计算研究

本文通过不同进口条件下的某型发动机低压压气机和高压压气机特性计算，研究分析了该压缩系统在高空条件下的气动稳定性。计算结果与压气机地面特性试验、整机高空台模拟试验结果符合性良好，可作为确定该发动机压缩系统高空稳定工作范围或适应性改进的理论依据。     

燃气涡轮发动机压缩系统稳定性数值模拟的研究

论发展了一种预测航空燃气涡轮发动机压缩系统稳定工作边界的数学物理模型。其中压缩系统流动过程的动态模型采用基于平行压气机理论的准一维时间相关模型方程；叶片排对流动过程的影响则应用“激盘－滞后－容积”模型；压缩系统稳定性模型则采用了对整个压缩系统统一判别的方式。计算过程与发动机非设计性能计算相关联，使得压缩系统稳定性分析在真实的发动机运行环境（调节规律）下进行。在均匀进气条件下应用这种方法，对一台九级压气机的涡轮喷气发动机和一台三级低压风扇、五级高压压气机的低涵道比、混合排气、带加力的涡轮风扇发动机在均匀进气和畸变进气条件下的稳定工作边界，分别进行了数值模拟和分析。结果表明，发展的数学物理模型和计算机软件系统可以正确的反映发动机压缩系统的工作状况，用它判别发动机不稳定工作点的重复性和灵敏度都比较好。     

大函道比涡扇发动机试车台气动力设计的特点

本文简要地阐述了大函道比涡扇发动机试车间气动设计的特点;并结合民航7907试车台的建设经验,讨论了保持试车间流场均匀的极端重要性。这些经验对于我们今后设计大函道比涡扇发动机和螺浆风扇发动机试车台时,将是十分有用的。     

数据挖掘技术在飞行试验数据分析和气动参数辨识中的应用研究

为了检验飞行试验辨识结果的可信度,首次将数据挖掘技术用于飞行试验数据的分析和气动参数辨识,初步解决了试验数据有限、数据信息含量差别较大给聚类、分类、回归等分析处理带来的问题;提出了利用不同时间段、不同飞行批次的飞行数据在划分区间的气动特性分布来检验辨识结果可信度的方法;以某飞行器为对象,利用数据挖掘技术,建立了基于飞行试验数据的气动力数学模型,检验了辨识结果的一致性和可信度,并与地面试验结果进行了比较分析,给出了地面试验预测误差。多批次飞行试验数据的整体辨识结果表明,所发展的方法是可行和有效的。该项研究为验证辨识结果的可信度、建立基于飞行试验数据的气动模型提供了新的途径,并可应用于CFD 和风洞试验的验证与确认。