某型发动机旋转失速压力信号的频谱分析

为解决现役某型发动机的喘振问题，对该型发动机逼喘过程中压气机首先失速级压力信号进行频谱分析，发现了该型发动机在正常状态、进入和退出旋转失速状态、完全发展的旋转失速状态压力信号频谱的动态演化特征，并用频谱分析的方法成功确定了旋转失速边界。     

基于混沌吸引子的压气机失速分析

采用基于混沌理论的非线性动力系统分析方法,进行压气机压力信号时间序列分析,重构了系统的相空间,从几何角度研究系统状态变化,计算出压气机系统的最大李雅普诺夫指数为正值,由此判断系统中存在混沌,基于某型发动机节流实验中压气机失速数据,将改进的混沌吸引子预测方法与局部线性化预测方法对比,分析表明新方法可减小误差9%。     

基于最大Lyapunov指数的压气机最先失速级判定

研究某型发动机8级轴流压气机级间压力信号的最大Lyapunov指数，提出将最大Lyapunov指数的零点作为失速的判据，最大Lyapunov指数最先达到零点的那一级就是最先失速级．数值试验结果表明该方法可在压气机深度失速前0．2s检测到失速起始信号，且最先失速级为第三级。     

轴流压气机失速起始特性试验

在一台双级低速轴流压气机上进行了均匀进气时的失速起始特性实验研究。利用压气机周向、径向和轴向不同位置的多个动态压力传感器,捕捉到了压气机失速起始过程中不同位置动态压力信号的变化情况,表明压气机的失速起始具有三维非定常特征。压气机在失速前出现了模态波扰动,其传播速度为34.5%转子转速。首先在第2级转子的尖部诱发小失速团,该小失速团的周向范围和旋转频率与充分发展的失速团相同,但不稳定,它同时向下游、径向和上游3个不同方向快速扩展,在扩展过程中周向范围和旋转速度不变。通过对动态总压信号频谱分析和小波分析,发现导致压气机失速的主要原因是第2级转子部分叶排叶尖区域吸力面附面层出现了较大的分离,造成气流堵塞,诱发小失速团。     

轴流压气机旋转失速特征分析方法

鉴于压气机失速特征分析通常借助时域信号或傅里叶变换频域信号完成,较难捕捉其瞬态特征,为此将具备辨识信号瞬时细节特征的小波分析法引入轴流压气机旋转失速的特征分析中,基于节流阀模型,对某跨声速压气机转子进行了准三维非定常数值模拟,并对压气机在失速过程中静压信号的瞬时细节特征进行了小波分析.结果表明:给出的分析方法能够有效地捕捉到压气机稳态失速和动态失速过程的时频特征,可应用于压气机失速特征信号的检测和分析.     

发动机故障分形诊断中噪声信号的分析和处理

为分析信号中噪声成分对信号关联维数计算结果的影响,提高利用信号关联维数诊断机械故障可靠性,模拟产生不同信噪比的含噪混沌信号,分析其关联维数随噪声水平的变化情况。证明噪声成分会极大影响到信号关联维的计算效果,利用含有噪声信号的关联维数刻画系统的特征行为是不可靠的,必须对获得的原始信号进行滤波消噪处理。通过对气阀正常、轻微漏气、较重漏气和严重漏气4种情况下,发动机启动电压信号降噪前后的关联维数对比研究,进一步证明,利用小波降噪对发动机启动电压信号进行预处理,可使得信号关联维数较为接近于系统的真值,极大地提高利用启动电压信号的关联维数判断发动机运行状态的准确性与可靠性。     

分形理论在汽车发动机振动信号分析中的应用

本文将分形理论应用到汽车发动机振动信号分析中,运用关联维原理和计算方法,对汽车发动机信号进行计算与分析。分析结果表明当气缸压缩压力超过许用值时,关联维数较正常时大,并且随着气缸压缩压力的增大,关联维数增大。由此,根据关联维数可以判断气缸的运行状态及故障类型。     

低速轴流压气机三维流场测量与失速特性分析

在近失速和失速状态下,利用五孔探针对单级轴流压气机转子前后的三维流场进行了详细的测量和对比分析。基于失速状态下进出口壁面静压的动态变化,对失速区的空间结构和气流参数的动态变化规律进行了研究,建立了描述失速区气流参数变化的微分方程模型,并根据实验数据对模型进行了校验。结果表明,失速区内发生了回流,回流的速度方向与主流的夹角约为110°。回流区占据的径向范围为70%叶高以上,轴向范围为静子前部区域。在失速区内,压力、速度等气流参数随时间进行振荡衰减。该动态变化过程可以用二阶系统来描述。     

一种航空发动机压气机喘振检测方法

将发动机压气机出口脉动压力作为喘振检测信号,检验分析了压气机出口脉动压力的统计特征,采用滑动窗口的Johnson转换方法对脉动压力信号进行正态转换,基于统计特征提出了适应发动机任意状态的喘振检测阈值和方法。该方法成功检测出某发动机3次喘振故障,分析得出:发动机压气机出口脉动压力不服从正态分布,稳态过程脉动压力正态转换成功率大于瞬态过程,降低样本容量可有效提高瞬态过程正态转换成功率;对于脉动压力99.95%概率分布的上、下边界距离,其幅值范围在不同转速下差异较大,且随转速增大而增大;根据提出的喘振检测量可设置适应发动机任意状态的固定检测阈值,其检测出发动机喘振及退出喘振所需时间均小于20ms。     

压气机失速时转子前三维流动结构的实验研究

在一台低速轴流压气机实验台上测量压气机失速时转子前三维流场,测量范围从转子向前延伸到8倍弦长(或0.6倍机匣内径)上游,目的是考察整个失速流场结构,为研究失速团的保持和旋转机理提供丰富的数据支持.通过对壁面动态压力信号分析可知,该压气机失速过程中存在一个失速团,转速为转子转速的37.7%.使用新研制的全流向旋转五孔压力探针测量整个转子前三维速度场和压力场.从结果的S1流面内看,失速团内流动大体上分为正流区、偏转区、回流区和强剪切区.转子前缘附近的流体在30%叶高以上存在回流,并且存在较大的径向和周向旋转速度,其中叶尖附近失速团内流体的周向旋转速度明显大于前方来流速度.在靠近机匣壁面处,回流区一直延伸到转子上游的5.5倍弦长(或40%机匣内径)处.     

引气系数变化对涡扇发动机动态性能影响的数值模拟

采用变比热法及考虑部件的容积效应建立了涡扇发动机的动态仿真模型,模拟计算引气系数改变时对发动机动态过程的影响,结果表明引气系数变化会引起发动机性能参数的变化,引气系数增大会降低风扇的喘振裕度,增大高压压气机的喘振裕度。     

压气机叶顶间隙变化规律及对气动性能的影响

以大涵道比涡扇发动机系列的十级高压压气机为研究对象,在压气机部件、核心机及整机平台上详细开展了压气机叶顶间隙变化规律及其对气动性能影响的试验研究,同时结合叶顶间隙对跨音级、高亚音级和低亚音级的仿真验证,得到了压气机不同级对叶顶间隙的性能敏感区,进而揭示了叶顶间隙影响多级压气机整机性能的机理。结果表明:不同尺寸的压气机叶顶间隙变化规律具有一致性,经验证主要和离心力及温度场相关。间隙增大后压气机设计转速下的流量压比特性和流量效率特性均整体下降,尤其后面级间隙对气动性能有显著影响。随着叶顶间隙的增大,压气机的跨音级因叶展较高叶顶间隙与叶展比较小,未出现效率突降的情况,但是后面亚音级做功能力明显降低,间隙影响主要集中在后面级即亚音级,使得压气机典型工况的效率和裕度均有所下降。     

基于改进G-P算法的往复式压缩机故障诊断技术

采用基于经验模态分解的G-P算法提取往复式压缩机振动信号关联维数,建立了小波降噪模型,利用自相关函数法和伪相图法结合起来确定延迟时间,并采用EMD法计算嵌入维数,通过洛仑兹系统的仿真研究,将此法应用在往复式压缩机模拟故障试验中,诊断效果较好。     

缸套-活塞间隙与振动信号关联维数的关系评价

利用发动机气缸套振动信号特征评价气缸套-活塞组件磨损状态,建立了发动机气缸套、活塞、曲柄和连杆机构的动力学模型并进行了动力学仿真.然后又进行了气缸套表面振动分析,并对所得到的振动模拟信号进行了基于关联维数的信号特征评价.结果表明,随气缸套-活塞组件磨损间隙的增加,振动信号幅值增大,气缸套表面振动加速度信号的自相关程度变大,气缸套表面振动信号的关联维数有下降的趋势,这些关联性可以作为发动机气缸套-活塞组件磨损状态评价的特征量.     

多级轴流式压气机静压升特性研究

对多级轴流式压气机在几个典型工况下各级静压相对于设计点静压的变化特性进行了研究。研究发现,中低转速工作条件下,压气机后面级静压的变化对发动机工况的改变不如前面级敏感,因此,按常规方法监控压气机后面级流动参数的变化难于及时发现发动机中小状态时的压气机气动不稳定征兆信号。研究表明,为提高检测压气机气动不稳定征兆的时效性,应考虑在压气机前面级安装传感器,监控中低转速下的压气机气动失稳征兆信号。     

轴流式压气机机匣壁面静压脉动特征研究

运用小波包分析和概率密度函数分析的方法，对某型发动机节流过程中，压气机第一级静子机匣壁面静压信号的脉动特征及概率密度函数特性进行了研究。研究发现，随着发动机工作点沿共同工作线趋近喘振边界，压气机第一级静子机匣壁面静压信号中几个特定频带内信号分量的脉动幅度增强、概率密度函数分布展宽，可以作为试验发动机节流过程中气动失稳的信号特征。