[發(fā)明專利]利用倒頻譜識別航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)靜碰摩部位的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310015326.7
• 申請日: 2013-01-16
• 公開（公告）號: CN103149029A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳果;于明月;李愛;姜廣義;李成剛
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明公開了利用倒頻譜識別航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)靜碰摩部位的方法，屬于航空發(fā)動機(jī)故障診斷的技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

轉(zhuǎn)靜碰摩故障是包括航空發(fā)動機(jī)在內(nèi)的高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的常見強(qiáng)非線性故障，具有嚴(yán)重的危害性，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)靜間隙增大、軸承磨損、振動增大、葉片折斷直至機(jī)械失效?，F(xiàn)代大型航空發(fā)動機(jī)中，碰摩的主要原因來源于轉(zhuǎn)子不平衡、機(jī)匣變形以及支座不同心等。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量較大，機(jī)匣普遍采用薄壁結(jié)構(gòu)，其質(zhì)量較輕，碰摩力很難使轉(zhuǎn)子反彈。因此，在航空發(fā)動機(jī)中，碰摩現(xiàn)象主要表現(xiàn)為偏磨，即基本上是在機(jī)匣固定位置碰摩，但是由于機(jī)匣變形不同、支座不同心的方向不同，其發(fā)生偏磨的部位將有所區(qū)別，因此，有效地診斷和識別出偏磨的位置，對于發(fā)現(xiàn)航空發(fā)動機(jī)偏磨故障的原因和改進(jìn)設(shè)計具有重要意義。?

倒頻率可以非常有效的處理復(fù)雜頻譜內(nèi)包含的周期分量，其對邊頻成分具有“概括”能力，能較明顯地顯示出頻譜上的周期成分，將原來頻譜上的成族邊頻帶譜線簡化為單根譜線。在地震、雷達(dá)、聲學(xué)、訊號處理、影像及故障診斷領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。但目前基于倒頻譜的方法還并未在航空發(fā)動機(jī)的碰摩部位識別中得到應(yīng)用。?

在本發(fā)明之前，目前碰摩部位識別的方法主要有兩大類，一為基于聲發(fā)射技術(shù)的方法，如何田，劉耀光，陳亞農(nóng)等發(fā)表于航空動力學(xué)報上的“基于聲發(fā)射波束形成法的轉(zhuǎn)靜子碰摩故障定位”二為基于有限元模型的方法，如褚福磊，發(fā)表于聲學(xué)上的“基于動剛度的多盤轉(zhuǎn)子系統(tǒng)碰摩部位識別”(Chu?F,Lu?W.Determination?of?the?rubbing?location?in?a?multi-disk?rotor?system?by?means?of?dynamic?stiffness?identification[J].Journal?of?Sound?and?Vibration,2001,248(2):235-246)。?

但聲發(fā)射技術(shù)極易受噪聲影響，其特征參數(shù)常常無法反映設(shè)備的真實狀態(tài)，從而影響定位精度，且聲發(fā)射技術(shù)需要專門的設(shè)備儀器，現(xiàn)場使用并不方便。而基于有限元模型的方法計算量龐大，并不適合現(xiàn)場實時監(jiān)測，且能否正確建立有限元模型非常依賴于工程。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述背景技術(shù)的不足，提供了利用倒頻譜識別航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)靜碰摩部位的方法。?

本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案：?

利用倒頻譜識別航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)靜碰摩部位的方法，包括如下步驟：?

步驟1，采集航空發(fā)動機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)及不同部位碰摩時安裝于機(jī)匣表面加速度傳感器的輸出信號；?

步驟2，利用倒頻譜分析法處理步驟1中所述的加速度傳感器輸出信號，提取加速度傳感器輸出信號的特征值；?

步驟3，按照步驟2所述的加速度傳感器輸出信號特征值建立不同碰摩部位的樣本集，并將所述樣本集劃分為訓(xùn)練樣本和測試樣本；?

步驟4，利用分類算法對訓(xùn)練樣本進(jìn)行訓(xùn)練和測試，通過交叉驗證法獲取識別碰摩部位的最優(yōu)分類器，所述分類器即可實現(xiàn)碰摩部位識別。?

所述利用倒頻譜識別航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)靜碰摩部位的方法中，步驟2的具體實施方法如下：?

步驟2-1，處理步驟1所述的加速度傳感器的輸出信號得到離散時間信號，對所述離散時間信號進(jìn)行離散傅立葉變換得到與離散時間信號相應(yīng)的頻域信號；?

步驟2-2，根據(jù)步驟2-1所述與離散時間信號相應(yīng)的頻域信號、采樣周期及數(shù)據(jù)長度計算功率譜密度函數(shù)；?

步驟2-3，由步驟2-2所述的功率譜密度函數(shù)得到倒頻譜，所述倒頻譜包括：零倒頻率成分、碰摩激勵力倒頻率成分、碰摩點(diǎn)到響應(yīng)測點(diǎn)傳遞路徑的倒頻率成分；?

步驟2-4，選取步驟2-3所述倒頻譜中零倒頻率點(diǎn)后的M個倒頻譜點(diǎn)對應(yīng)的倒頻譜值，用選取的倒頻譜值構(gòu)成轉(zhuǎn)靜碰摩部位識別的特征向量，M為大于9且小于21的整數(shù)。?

所述利用倒頻譜識別航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)靜碰摩部位的方法中，步驟2所述的加速度傳感器輸出信號特征值為倒頻譜的實部值或倒頻譜的幅值。?

所述利用倒頻譜識別航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)靜碰摩部位的方法，步驟2-4中，M的取值為20。?

本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果：?

1、現(xiàn)場使用簡單方便，附加成本低廉。只需在機(jī)匣外部安裝加速度傳感器，與聲發(fā)射技術(shù)相比不需要專門的儀器設(shè)備。?

2、不易受噪聲影響。與聲發(fā)射技術(shù)相比不需要精確的定位信號，抗干擾能力更強(qiáng)。?