[發明專利]一種基于譜估計的自由間隙實時監測方法

在審

• 申請號: 202110034388.7
• 申請日: 2021-01-12
• 公開（公告）號: CN112880617A
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發明（設計）人: 鄭華;段世強;吳政龍;樊杰
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01B21/16
• 分類號: G01B21/16;B64F5/60
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 華金

本發明涉及一種基于譜估計的自由間隙實時監測方法，利用自由間隙的頻率響應對間隙寬度進行實時監測，利用最小二乘法擬合自由間隙寬度與峰值頻率之間的函數關系。本方法可以極大縮小人力時間成本，測量精度顯著提高，測量方式也更加自動化，同時避免了測量工具與自由間隙摩擦造成的部件磨損。最為重要的是，本方案使得飛行器在航行過程中對自由間隙的實時監測成為可能，為飛行器的安全飛行提供了技術支持。

技術領域

本發明屬于航空發動機領域，特別涉及一種基于譜估計的自由間隙實時監測方法。

背景技術

自由間隙廣泛存在于航空航天領域機械結構的操縱部件中，這些間隙本質上是因為螺栓斜面、鉸鏈以及作動器等的轉動部件轉動的需求，部件之間需要間隙配合而生成。隨著飛行器工作時間的增加，這些自由間隙會逐漸擴張、過載，導致舵面和葉片等發生顫振、偏離和氣動彈性不穩定現象。當寬度達到一定水平時甚至還會引起結構共振，使金屬疲勞失效風險上升。因此，監測自由間隙是否始終處于合理范圍對于飛行安全、性能保障及整機壽命具有重要意義。

當前國內外對于活動部件中自由間隙的測量思路主要集中在利用塞尺(又稱間隙量規)或自由間隙測量裝置進行直接測量。塞尺測量前要將待測部件進行拆卸，然后將塞尺塞入間隙中測量。國外技術中還利用探針法進行核測量，即采用葉尖放電方式，依靠電機使外加直流電壓的探針沿徑向移動，當探針移向葉尖直至放電為止。探針的行程與初始安裝間隙，即探針的行程與靜態時探針到機匣內表面的距離之差即葉間間隙。但探針法操作較為復雜，僅適用于試驗研究。國內現有自由間隙測量裝置一般包含安裝座和測量組件，將待測量部件安裝在安裝座上，使用測量組件進行接觸測量。但此方法與塞尺一樣，只能拆卸后進行測量，不能實現動態測量。

綜上所述，現有的自由間隙測量方案，存在以下幾個方面的缺點：

1)活動部件的自由間隙測量需要將部件拆卸，費時費力，測量周期過長；

2)塞尺的厚度不連續，對于小部件的測量精度不足，且人為誤差較大；

3)測量時測量工具與自由間隙摩擦，可能造成部件磨損；

4)操作復雜，無法進行實時測量、自動化測量，測量結果不能轉化為電信號。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為了解決現有自由間隙測量存在的缺陷，本發明涉及一種基于譜估計的自由間隙實時監測方法，使得飛行器在航行過程中對自由間隙的實時監測成為可能，為飛行器的安全飛行提供了技術支持。

本發明的技術方案是：一種基于譜估計的自由間隙實時監測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：將信號測量裝置安裝在自由間隙系統中；

步驟2：預先進行試驗，信號測量裝置獲取不同自由間隙寬度下自由間隙系統結構響應信號，將結構響應信號傳輸到計算機中，得到峰值頻率；通過最小二乘法擬合出自由間隙系統頻率響應的峰值頻率與自由間隙寬度的關系曲線，即f—fpw，同時將試驗得到的f—fpw保存在計算機中；

步驟3：在航行中，測量裝置測得自由間隙系統的結構響應信號，將響應信號輸入到計算機中計算出峰值頻率，將當前的峰值頻率f與f—fpw曲線進行匹配，查看對應峰值頻率坐標上的自由間隙寬度值，得到當前自由間隙寬度，視為航行時當前自由間隙寬度，實現自由間隙的實時監測。

本發明進一步的技術方案是：所述信號測量裝置最大直徑小于自由間隙寬度。

發明效果

本發明的技術效果在于：采用本發明方法，可以縮小測量所需人力成本，測量速度快，測量精度顯著提高，測量方式也更加自動化，整個過程完全不需人工操作，將物理量轉化為電信號通過計算機處理，同時避免了測量工具與部件摩擦造成的部件磨損。最為重要的是，本方案使得飛行器在航行過程中對自由間隙的實時監測成為可能，為飛行器的安全飛行提供了技術支持。