航空发动机健康等级综合评价方法

研究意义在于将发动机的健康状态量化,进一步提高发动机健康状态评估的可操作性.决定发动机健康状态等级的因素众多,如故障发生的概率、故障的程度以及故障可能造成的损失风险等,且这些因素的影响作用均具有随机性和模糊性.将模糊综合评价方法应用于发动机健康状态等级的评估,将健康状态划分为5个等级,得到每个健康状态等级的隶属度函数,最后基于最大隶属度原则和最大危险性原则确定发动机的健康状态等级.通过对两组发动机故障模拟实验器振动数据的等级评价结果对比,验证了提出方法的有效性和合理性.      

航空发动机故障融合诊断研究

结合气路诊断与振动分析方法,建立发动机故障融合诊断模型,探讨气路与振动故障融合诊断方法的可行性。构建故障融合诊断3级体系(故障特征级、故障模式级以及故障决策级融合),实现基于性能参数和振动参数的综合评估方法,获得基于小偏差法的气路故障判据,形成基于动力学分析的振动故障判据,提出故障特征融合的方法,通过算法实现故障融合识别,并在模拟试验器上进行涡轮叶片掉块故障试验验证,获得相应的故障诊断决策。结果表明:设计的发动机故障融合诊断方法合理,算法正确。     

小积液情况下卧式转子的稳定性实验研究

盘腔积液现象在舰用燃气轮机工作过程中时有发生，汽化的滑油和水蒸气凝结形成积液。转子带动腔内的积液旋转，引发振动失稳，严重时会对发动机结构造成致命性破坏。为此，本文开展燃气轮机压气机盘腔积液的模拟实验研究，以双盘双支承的卧式柔性转子系统作为研究对象，重点关注小积液量的特点，对积液转子的动力学稳定性进行了研究。观测到转子的失稳现象，开展了不同积液体积、不同积液类型（水、植物油和滑油）等因素的影响规律研究，揭示了小积液的卧式转子动力学特征。研究结果表明：①对于积液失稳振动，存在失稳边界积液量，当积液量大于该边界值时，失稳将会发生。②失稳边界转速及恢复转速均高于临界转速。当转速高于失稳边界转速时，失稳将会发生。转速进一步增加，高于恢复转速时，失稳现象可能消失。③失稳时的振动特征为：出现幅值突增，次谐波成分也随之增加；基频和次谐波发生调制，表现出拍振特征。④随着积液体积的增加，失稳边界转速先减小后增加。⑤随着积液粘度系数增大，失稳边界转速和边界积液量均增大。     

涡轮泵转子失稳故障分析

轴套结构作为液体火箭发动机涡轮泵中典型结构,在其高速运转的过程中,存在着振动失稳的风险,因此需要分析轴套结构失稳的原因。建立了轴套结构内摩擦的动力学模型,推导了轴套结构内摩擦力的表达式,解释了带轴套结构的转子失稳机理,仿真得到了带轴套转子发生内摩擦失稳的振动特征,探讨了各影响因素对失稳门槛转速及失稳振动特性的影响规律,开展了实验验证,并给出了带轴套结构的转子稳定性设计建议。通过上述研究,发现转轴跨距、轴套半径、转轴刚度、偏心距和轴套与轴之间的间隙等因素是引发失稳的关键参数,需在设计与装配的过程中进行稳定性校核。获得的影响因素对失稳振动的影响规律,能够为具有类似结构的转子稳定性设计提供技术支撑。     

液体火箭发动机涡轮泵转速处理方法研究

转速是液体火箭发动机试车的重要特征参数,通过讨论发动机即时转速的时域计数法、频谱最大法、相位残差等三种方法的优缺点以及误差分析,提出了将三种方法有机结合起来的综合算法,并将该方法应用到两种液体火箭发动机涡轮泵转速的处理中。实践证明,综合处理方法继承了各种方法的优点,避免了它们的缺点,具有工程实用价值。     

航空发动机盘腔积液的故障识别

针对航空发动机盘腔积液故障难于监测和诊断的问题,将积液问题分为早期积液和严重积液,分别进行振动特征提取。研究了不平衡量和早期积液对转子振动的影响规律,基于幅频特性曲线区域面积分布特点,提出一个早期积液故障识别准则;分析了严重积液转子失稳振动特征,发现积液转子在发生失稳时会出现振动幅值突增、次谐波分量突增和拍振,基于振动特征提出三个严重积液故障识别准则。结合航空发动机实际工况,提出一套完整的积液故障监测方法和诊断流程,能够实现在转子失稳前发出预警,避免故障升级。通过30组实验数据进行验证,所提出的积液故障识别方法准确率达96%,具备工程应用价值。     

基于趋势分析的发动机振动故障识别

总结十种航空发动机整机故障的振动特征发现,单纯从频率角度分析几乎所有故障模式都表现为转子基频,但是不同故障的振动幅值发展趋势却有所不同.基于此提出了基于趋势模型的发动机振动故障识别方法.讨论了发动机整机振动趋势的数学描述及不同故障模式的趋势发展特征;建立了平稳波动模型、周期摆动模型、线性发展模型和阶跃突起模型分别描述发动机振动正常状态和三种典型故障模式;为了有效识别上述四种模型,提出了模型识别准则并实现了识别算法.最后以四组发动机实测趋势数据作为案例进行验证,结果表明该方法可以有效地区分故障模式,验证了该方法的正确性和工程实用性.     

基于动力学分析的发动机测振截面选取

研究了发动机测振截面选择的建模方法和优化算法。确定测振截面选择思路,建立转子-支承-机匣整机模型,计算正常和故障条件下转子动力学特性,并依据总体方案规定的传感器数目,确定测振物理量较大的转子截面或支承位置,完成振动传感器布置方案的初步确定。进一步提出测振方案优化方法,通过对实测数据进行分析,考虑实测信号的信噪比和信息冗余性,确定各测点振动数据有效信息量,判定测振方案是否合理,并选择机载测点。以某型发动机为例,设计监测点布置方案。结果表明:机载测点与该型发动机实际机载传感器测点位置相同,验证了测振方案的建立方法、优化方法和机载传感器选择方法正确可靠。单元敏感度越高,反映转子振动越明显。振动相似度越低,反映发动机整机振动特性越全面。研究结果为航空发动机测振截面布置提供重要依据。      

航空发动机整机测振中的基本问题分析

针对航空发动机整机测振各环节中的关键问题,对传感器位置信号正交变换、特征参数选择、限制值选定等问题进行分析。提出了可实现2支不垂直安装的传感器所测振动信号的正交化转换的算法,并利用转子试验器验证了算法的实用性;提出了发动机振动特征参数选择算法,并针对算法工程实用性进行了分析;研究了特征参数限制值的统计方法,采用"概率相等法"进行了实例说明。经分析和验证表明:所提出的算法正确,结果可靠,具有明确的物理意义,能够直接应用于发动机整机振动分析。     

基于试车数据统计的振动限制值确定方法

统计了某型液体火箭发动机涡轮泵27次地面试车振动数据和某型涡扇发动机28次台架试车振动数据,发现一次试车时间序列的振动特征参数随时间的波动反映了随机误差的变化,符合正态分布;不同台份发动机试车振动参数幅值的波动是发动机健康状态和试验误差共同作用的结果,不遵循正态分布规律,F分布是其分布的重要形式。在此基础上,研究了基于"概率相等法"和"3σ方法"原理的两种发动机振动限制值的确定方法。通过两种方法计算结果的相互验证,以及计算结果和工程实践的对比,说明确定振动限制值方法的正确性和实用性。