基于叶尖定时的航空发动机涡轮叶片振动测量

介绍了基于叶尖定时的非接触振动测试系统应用于涡轮转子叶片的技术瓶颈,突破高温传感器结构设计、安装以及冷却等技术难点,通过设置系统触发信号保持时间,解决H型涡轮转子叶片对叶尖定时信号的二次触发问题,并给出核心机状态下转速基准实现方法。将非接触振动测量技术成功应用在某型涡扇发动机高压涡轮转子叶片振动监测中,有效获取涡轮转子叶片共振时的振动频率和幅值,并与应变计测量叶根动应变结果进行比对。结果显示:基于叶尖定时的非接触振动测试系统和接触式动应力测试系统均可监测涡轮转子叶片振动,成功辨识转子叶片8 200 r/min时的12阶激励阶次激发的一弯振动模态,两种分析方法识别共振频率相对误差在4%以内。     

基于压缩感知的叶端定时信号参数辨识方法

叶端定时技术作为一种非接触式测量手段,在实际应用中的主要问题之一是测量信号欠采样。压缩感知方法是解决信号欠采样问题的有效手段,但由于求解过程中引入了正则化项,在提高稀疏度时,降低了幅值重构精度,而转子叶片振动幅值参数的准确辨识对于叶片动应力重构具有重要意义。将叶片振动方程设计矩阵与压缩感知字典相结合,在不依赖先验信息的条件下对叶片振动参数进行辨识。首先,根据振动方程设计矩阵形式及关注的最大振动频率,构造压缩感知字典;其次,通过叶端定时信号稀疏表示中的非零元素所在位置,从压缩感知字典中提取对应原子构成设计矩阵进而求得振动参数;接着,叶端定时（BTT）模拟仿真结果表明,所提方法可有效辨识叶片单模态、多模态振动参数;最后,开展旋转叶片振动测试试验,同时利用应变片和叶端定时系统采集振动信号,结果表明,与应变片测量结果相比,提出的方法振动频率辨识相对误差仅为0.14%;对比4个叶片的位移-应变传递比,其中偏离均值的最大百分比仅为2.15%。     

转子叶片碰磨故障诊断的叶端定时方法

叶端定时技术是近年来兴起的可用于整级叶盘健康监测的非接触式测量技术,为转子叶片振动的在线监测与故障诊断提供了可能。针对转子叶片常见的碰磨故障,分别建立了单叶片与整级叶盘动力学模型,分析了上述两种模型在碰磨故障下的叶尖动态响应;提出了受碰磨影响较为明显的振动指标;阐述了碰磨状态下传感器之间及叶片之间的叶端定时信号特征,通过增强稀疏分解算法对叶端定时欠采样信号进行了特征提取;提出了一套用于诊断碰磨故障的流程。通过自主搭建的碰磨试验台验证了提出方法的有效性。     

基于压缩感知的整体叶盘多模态振动叶尖定时信号重构方法

叶尖定时测量技术是近年来发展的一种非接触式旋转叶片振动监测方法,具有非入侵性的优点,但是该系统测得的振动信号通常是欠采样的。为了能够重构叶尖定时欠采样信号,本文根据压缩感知理论以及叶尖定时采样原理引入了叶尖同步振动信号稀疏模型以及叶尖振动信号重构方法。对整体叶盘有限元模型进行瞬态分析得到叶尖振动信号,使用优化的正交匹配追踪算法以及基追踪对欠采样信号进行重构并和传统方法进行对比。计算结果表明：在信噪比为30dB的噪声环境下,限制频域的正交匹配追踪算法(OMP-RFD)可以准确地识别出叶尖振动信号的主要频率成分。最后使用试验所获得的叶尖振动信号进行重构,验证了OMP-RFD算法有效性。综上可知：压缩感知方法可以很好地应用于叶尖定时测量装置中,能够使用较少传感器识别叶尖同步振动欠采样信号参数,有效提高噪声环境下识别高阶频率的成功率以及准确度。     

高速旋转状态下高压涡轮叶盘振动试验研究

在高速旋转状态下,开展对高压涡轮转子叶片的振动特性和缘板阻尼装置减振效果的试验研究,有利于后期的设计迭代,获得真实的叶片振动情况。以高压涡轮转子模拟件为对象,采用雾化油滴非接触式激励方式模拟涡轮叶片周期性气动激励,建立高速旋转状态下高压涡轮转子叶片振动特性试验系统,并进行介于静止状态夹具固定式测试和整机直接测试之间的组件级试验,在高速旋转状态下实现叶片非接触式高频激振,获取叶片的振动特性和缘板阻尼装置对转子叶片的减振效果。结果表明:在常温 10000~19000r / min 运行转速下,缘板阻尼装置对转子叶片减振约 40% ,阻尼质量较大的叶片频率较高。     

压气机内部噪声特征与转子叶片声固耦合机理分析

航空发动机压气机转子叶片故障多由机械激励和气动激励造成,而高强声波对转子叶片的激振因素不容忽视。通过开展某型涡扇发动机压气机内部噪声测试试验,研究压气机转子叶片振动机理及其与噪声信号的对应关系。阐述了压气机内部旋转不稳定性非定常压力波作用机制,提出了基于刚性壁声波导管技术的导出式噪声测量方法,完成了某型涡扇发动机压气机内部噪声信号测试,对噪声信号进行了频谱分析和声传播特性分析。研究结果表明,某型涡扇发动机压气机内部噪声信号频谱呈现高峰值纯音分量1 402 Hz,并且该纯音分量与转子叶片通过频率呈现特定的频率组合关系。该纯音分量的噪声源在压气机内部沿发动机顺航向方向从后向前传播。利用旋转不稳定性理论,将声源频率在不同坐标系下进行转换,当噪声源周向模态数为13时,该纯音分量可调制出与高压一级转子叶片一阶振动频率相对应的激振频率。     

双通道时间差采样──一种测定叶片振动频率的方法

提出了一种测定压气机叶片振动频率的方法──双通道时间差采样法。利用二路采样信号的相关性及相位差,通过内插搜索可有效克服由于采样频率过低而造成的混叠现象。等效地提高了实际采样频率,从而正确测定出叶片的振动频率。方法具有快速简单,检测精度高,测定频率范围广的特点。     

基于叶端定时的转子叶片裂纹监测与诊断

为了实现转子叶片裂纹非接触式监测，提出基于??0范数的叶端定时欠采样信号稀疏重构算法。针对叶端定时信号欠采样问题，建立欠采样信号稀疏表示模型，利用分块正交匹配追踪算法对叶端定时欠采样信号进行分段重构，进而监测在变转速非稳态工况下转子叶片动频的变化情况，据此判断转子叶片是否产生裂纹。针对应变片信号间隔采样的特点，研究基于同步提取变换的时频分析方法，以提高时频图的时频聚集性。开展旋转叶片裂纹扩展试验，同时采用叶端定时和应变片系统测量叶片振动。对比叶端定时和应变片的分析结果，二者均可在裂纹叶片断裂之前至少20min，监测到裂纹叶片和正常叶片的动频发生分离的现象，即裂纹萌生致使叶片动频发生偏移，表明所提出的叶端定时欠采样信号重构方法能够实现转子叶片裂纹的监测与诊断。     

基于小波分析的转子故障信号自适应降噪技术研究

在转子故障信号的小波降噪研究中,降噪效果常常依赖小波分解层数、故障转子转速和信号的采样频率,难于自动完成.针对该问题,提出了一种转子故障信号的自适应小波降噪新方法,该方法先对原始数据进行重采样,然后将重采样信号用小波变换分解到规定的层数,最后运用Donoho软阈值法实现降噪.该方法无需人为选取小波分解层数,降噪过程自动完成.大量的仿真和实验算例验证了方法的正确有效性.      

轴流压气机近失速状态叶片通过频率特性研究

为研究压气机转子叶片通过频率特性与压气机气动稳定性之间的内在联系，对某型单轴涡喷发动机的轴流式压气机静子机匣壁面静压信号进行了时频分析。结果表明，发动机运行过程中压气机叶片通过频率特性的变化可以反映特定的压气机级的流态变化。在中小转速的工况下，随着发动机工作点逐渐靠向喘振边界，机匣壁面静压信号中压气机第1级至第3级转子的叶片通过频率信号逐渐增强。与设计点相比，在近失速边界的工况下，压气机第1级转子叶片通过频率幅度增强达10dB以上。此外，在中低转速范围内打开放气带后，压气机前面级转子叶片通过频率幅度显著减小，与流场的变化情况相一致。因此，轴流压气机转子叶片通过频率特性可以提供压气机气动稳定工作状况的重要信息。     

动态数据建模中时间序列采样间隔的研究

动态数据建模认为,平稳连续随机过程是白噪声激励相应的线性时不变连续时间系统的输出,为便于计算机处理,需要确定对连续随机过程进行采样的采样间隔,通常人们采用仙农采样定理来对待。文中阐述了对动态数据建模中时间序列采样的问题,用多项式插值的采样理论进行了研究,指出在动态数据建模中,若要使从连续时间随机过程到离散时间序列的统计特性得到保持,采样频率应大于系统最大极点自然频率的6倍。     

Reliability Sensitivity Algorithm Based on Stratified Importance Sampling Method for Multiple Failure Modes Systems

 Combining the advantages of the stratified sampling and the importance sampling, a stratified importance sampling method (SISM) is presented to analyze the reliability sensitivity for structure with multiple failure modes. In the presented method, the variable space is divided into several disjoint subspace by n-dimensional coordinate planes at the mean point of the random vector, and the importance sampling functions in the subspaces are constructed by keeping the sampling center at the mean point and augmenting the standard deviation by a factor of l. The sample size generated from the importance sampling function in each subspace is determined by the contribution of the subspace to the reliability sensitivity, which can be estimated by it-erative simulation in the sampling process. The formulae of the reliability sensitivity estimation, the variance and the coeffi-cient of variation are derived for the presented SISM. Comparing with the Monte Carlo method, the stratified sampling method and the importance sampling method, the presented SISM has wider applicability and higher calculation efficiency, which is demonstrated by numerical examples. Finally, the reliability sensitivity analysis of flap structure is illustrated that the SISM can be applied to engineering structure.     

基于PC／104总线的交流信号采集方法

介绍了一种用DIAMOND-MM-16-AT采集卡构建的基于PC 104总线的高速数据采集系统采集交流信号的方法,详细说明了采集卡的设置及初始化方法、变量定义及利用多线程、双缓冲区技术实现数据的高速采集和存储的方法,最后给出了滤波和计算交流有效值的算法。     

高速数据采集和分析系统研究

为了在地面实验中监测航空发动机的振动情况和进行故障诊断, 研制了高速数据采集系统、信号处理系统以及基于模糊聚类方法上的故障诊断系统。在数据采集系统中采用并行A/D结构以提高采集速度;研制高性能的数字倍频电路以准确实现整周期采样。利用软、硬件结合的方法对测试结果进行补偿, 提高了相位精度。用标准信号和现场试验信号进行考核, 结果表明该系统能很好满足测量要求。      

ALGORITHMS FOR TRACKING MANEUVERING TARGET WITH PHASED ARRAY RADAR

Ｓｉｎｃｅｐｈａｓｅｄａｒａｙｒａｄａｒｃａｎａｌｏｃａｔｅｔｈｅｒａｄａｒｒｅｓｏｕｒｃｅｓｆｌｅｘｉｂｌｙ，ｉｔｈａｓｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｔｏｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｒａｃｋｉｎｇｍａｎｅｕｖｅｒｉｎｇｔ...     

一种高光谱图像的双压缩感知模型

高光谱图像因其海量数据性,给存储、传输及后续分析处理带来了挑战。压缩感知理论提供了一种全新的信号采集框架。针对高光谱数据的三维特性,提出一种双压缩感知的采样与重构模型。该模型在采样阶段兼顾高光谱数据的空间和谱间稀疏特性,构造了能同时实现空间和谱间压缩采样的感知矩阵;重构阶段不同于传统的压缩感知重构方法直接重构高光谱数据,而是将高光谱数据分离成端元和丰度分别进行重构,然后利用重构的端元和丰度信息合成高光谱数据。实验结果表明,所提双压缩感知在低采样率下重构精度较三维压缩采样提高了10 dB以上,更为显著的是运算速度提升了3个数量级,同时该方法还便于获得端元和丰度信息。     

混合变量系统基于MCMC的自适应重要抽样法

 系统关键故障的发生,会导致系统处于各种离散性能降级状态.针对传统的基于马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carlo,MCMC)的自适应重要抽样法只适用于连续变量系统的不足,提出考虑混合变量的基于MCMC的自适应重要抽样法,以支持系统性能可靠性的高效仿真.该方法首先将由关键故障产生的不同失效域组成失效空间,并通过初始样本点在失效空间中随机游走构造马尔可夫链模拟样本;然后综合考虑连续变量与离散变量,利用核密度估计构建混合核抽样密度函数;再根据该密度函数进行重要抽样仿真并计算系统的性能可靠性;最后对该方法的仿真效率进行理论分析.通过电液舵机(Electro-Hydrostatic Actuator,EHA)案例对方法的正确性和仿真效率进行验证.     

Galileo Probe Mass Spectrometer experiment

The Galileo Probe Mass Spectrometer (GPMS) is a Probe instrument designed to measure the chemical and isotopic composition including vertical variations of the constituents in the atmosphere of Jupiter. The measurement will be performed by in situ sampling of the ambient atmosphere in the pressure range from approximately 150 mbar to 20 bar. In addition batch sampling will be performed for noble gas composition measurement and isotopic ratio determination and for sensitivity enhancement of non-reactive trace gases.The instrument consists of a gas sampling system which is connected to a quadrupole mass analyzer for molecular weight analysis. In addition two sample enrichment cells and one noble gas analysis cell are part of the sampling system. The mass range of the quadrupole analyzer is from 2 amu to 150 amu. The maximum dynamic range is 10⁸. The detector threshold ranges from 10 ppmv for H₂O to 1 ppbv for Kr and Xe. It is dependent on instrument background and ambient gas composition because of spectral interference. The threshold values are lowered through sample enrichment by a factor of 100 to 500 for stable hydrocarbons and by a factor of 10 for noble gases. The gas sampling system and the mass analyzer are sealed and evacuated until the measurement sequence is initiated after the Probe enters into the atmosphere of Jupiter. The instrument weighs 13.2 kg and the average power consumption is 13 W.The instrument follows a sampling sequence of 8192 steps and a sampling rate of two steps per second. The measurement period lasts appropriately 60 min through the nominal pressure and altitude range.     

高维小失效概率下的改进线抽样方法

 针对隐式极限状态方程的可靠性分析,提出了一种基于失效域样本模拟的高效线抽样法。该法采用马尔可夫链来快速得到失效域中的条件样本,利用这些失效域中的样本可以得到线抽样的重要方向,并且这些样本还可以作为线抽样的样本,来得到隐式极限状态方程失效概率的估计值。由于该法可以较准确地得到线抽样方法的重要方向,因此线抽样的效率可以得到提高,另外失效域的样本又可以作为线抽样的样本,从而进一步降低所提方法的计算工作量。算例表明所提算法的计算精度和效率均高于传统线抽样方法。     

基于Mu-leval法的湍流猝发频率检测技巧研究

条件采样技术是目前最成熟、使用最广的湍流猝发频率检测方法,其中的Mu-level法以其原理简单、门限无关区域宽等优点,长期被湍流研究者所使用。针对Mu-level法分析结果易受试验及检测参数影响的问题,论文详细探讨了该方法用于湍流猝发频率检测的适应性和提高其检测精度的技巧。文中所用湍流流场数据是由配备单直丝探头的IFA300恒温热线风速仪在某小型专用风洞试验段中心截面处测量获得。通过对不同法向检测位置、采样频率、采样时间、门限值L及附加判定条件下湍流猝发频率的检测和对比分析,获取了各因素对湍流猝发频率检测的影响规律,探讨了提高湍流猝发频率检测准确性的可行途径,并总结了一套基于Mu-leval法的湍流猝发频率四步测试方法（试采样、试分析、采样、检测分析）。