基于参考键相动态追踪的无转速叶尖定时测量方法

针对叶尖定时系统在测量转子叶片振动过程中转速同步传感器安装困难的问题,提出基于参考键相动态追踪的叶尖定时测量方法。假设整级转子叶片间存在随机失谐,则在变转速工况下各叶片并非同时达到共振状态,在每转内,利用各叶片到达传感器的实测到达时间,计算叶片在相邻叶尖定时传感器间的局部平均转速与转子整圈平均转速的偏差值,判断同级所有叶片的振动状态,选择几乎不振动的叶片作为该圈的参考键相,计算目标叶片在该圈的振动位移值,依此类推,计算各圈目标叶片的振动位移,实现转子叶片在无转速参考下的非接触式振动测量。试验验证结果表明,与传统叶尖定时方法相比,利用该方法计算出的叶片振动位移所辨识出的叶片振动频率相对误差小于0.2%,振动位移相对误差小于10%,说明基于参考键相动态追踪的叶尖定时测量方法不仅能在无转速参考的情况下准确计算出叶片的振动位移,更能准确地辨识出叶片振动参数。

径向可倾瓦轴承静态特性分析

径向可倾瓦轴承具有承载范围大、耐冲击、稳定性好等优点,广泛应用于大型高速旋转机械。为了选用合适参数的轴承,需要对比分析不同参数轴承的静态特性。本文通过有限差分法求解二维Reynolds方程,建立了详细的径向可倾瓦轴承油膜力求解流程,在此基础上获得了轴承的流量、功率损耗、温升等静态特性,进而研究轴承关键参数对静态特性的影响规律。结果表明:可倾瓦轴承的承载力随着偏心率增大非线性增大,主要承载瓦的流量减小,功率损耗和油膜温升增大。宽径比和预负荷系数的增大可以提高轴承的承载力,但功率损耗以及油膜温升也增大;瓦块的支点最好置于瓦块中心位置,以提高承载力;瓦块数量增多可使油膜温升降低,但会降低承载能力。提出了非对称可倾瓦轴承,与对称瓦轴承相比,下瓦包角增大20%的非对称轴承,可使承载力提升31%,油膜温升降低16%。

基于ALIF-GAF-AlexNet的微电机故障分类

微电机是一种重要的动力驱动元件,其诊断过程并不复杂,但人工听音比较低效且诊断结果片面,投入大量的人工对其进行分类是不合理的。为了提高微电机的诊断效率和实用性,提出一种诊断方法。使用自适应局部迭代滤波方法来降低噪声,然后用格拉姆角场将特征提取后的声音信号转换为图像,将转换后的图像应用深度卷积神经网络模型进行分类研究。基于微电机声音信号实验采集装置,对采集的数据应用所提出的方法进行故障诊断分类,并与其他方法进行比较。结果表明,该方法比其他方法具有更高的分类精度,准确率达到94.1%。

航空发动机振动环境谱统计归纳方法及振动试验台复现

为满足航空发动机及机载产品研制过程贴近使用环境的振动考核试验需求,需根据发动机实测振动数据给出振动考核试验所需的输入谱图。依据GJB/Z 126-99中给出的环境测量数据归纳方法,建立了发动机实测振动环境谱统计归纳方法并通过程序实现。利用发动机多架次实测试飞振动数据统计归纳得到发动机测点位置的振动实测谱。基于能量等效及信号频域特征分布一致原则,将归纳得到的实测谱转化为可用于振动台输入的振动环境谱,并在振动台上进行了振动信号的复现试验。结果表明:振动台输出信号与发动机实测振动信号频域分布特征一致,在统计频率带宽范围内振动总量最大相差5.7%,证明了转化方法是合理的,为航空发动机机载设备贴近使用环境的振动考核试验方法提供了真实的输入谱图。

基于粒子群算法的发动机振动控制优化

基于响应面设计中的中心复合设计,结合QAR数据,拟合发动机N1振动值关于燃油流量、VBV角度、VSV作动筒位置的函数模型,并利用粒子群优化算法对该函数模型进行优化,得到匹配效果更佳的发动机相关参数,相较于QAR数据和响应面法优化后参数,使N1振动值降到非常理想的水平。

失谐涡轮叶片模态特性分析

针对涡轮增压器的涡轮叶片由于失谐产生的振动问题,建立涡轮叶片子结构模型并进行模态分析,绘制Campbell图,并对不同标准差失谐叶片进行固有频率和振型测量。结果表明,当叶片发生失谐时,周期性被破坏,一个或几个叶片振动异常,表现出振动局部化现象。因此,在设计时应避免应力集中导致涡轮叶片损坏,防止涡轮增压器发生故障。叶片随机失谐及叶盘结构共振特性之间的关系是研究叶片振动特性的关键,而研究这一环节可以保证运行稳定以及提升性能,对叶片失谐研究具有重要意义。

基于振动与滑油信息决策融合的航空发动机主轴承状态监控方法

目的 解决实际工作条件下航空发动机滚动轴承运行状态在线监测及故障诊断问题。方法 首先选用有效值作为时域特征参数,提出特征能量作为频域特征参数,与滑油金属屑末数作为融合的振动及滑油屑末信息。基于模糊推理理论将上述参数进行融合,通过选取隶属度函数,定义模糊推理规则,进行振动信号及滑油金属屑末信息的融合分析诊断轴承故障。开展航空发动机主轴承剥落扩展试验,安装振动及滑油屑末检测系统,同步采集轴承剥落全程的振动及滑油屑末信息,并应用所提出方法对所测得数据进行分析。结果 随故障扩展,振动信号有效值参数为总体上升趋势。频域特征能量随故障扩展升高到一定程度后下降,并产生波动,对轴承早期故障诊断较为敏感。滑油屑末为诊断轴承故障的重要信息,其变化趋势为单调递增,轴承故障后期,滑油屑末信息变化较为显著,对轴承后期的故障诊断较为敏感。结论 基于模糊推理理论的振动和滑油屑末信息融合方法可将不同信号进行故障特征综合分析,并可有效判别轴承的运行状态。

基于热流固的热障涂层整体叶盘振动特性研究

为了研究复杂载荷对整体叶盘振动特性的影响,基于热流固耦合方法对热障涂层整体叶盘振动特性进行研究。简化整体叶盘模型,对叶片表面涂敷热障涂层并建立整体叶盘的流场模型;在Fluent中采用热流固耦合方法对整体叶盘的表面进行气动载荷和温度载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法分别对不同工况下整体叶盘的振动特性进行分析。结果表明:考虑离心载荷对整体叶盘的固有频率影响最大,温度的影响最小;对比不同工况下,考虑温度载荷对整体叶盘的共振点个数无影响,气动载荷增加整体叶盘的共振点个数。

一种基于ZYNQ的高速振动数据交互方法

在航空发动机振动数据处理系统中,振动信号种类繁多,采集频率高,为实现振动处理任务的实时性,需要满足逻辑端和软件端之间数据的高速交互要求。传统的地址映射方式是对逻辑采集的振动数据进行地址映射,以供软件端读取。这种简单外设的地址映射方式使得软件端需要耗费大量的时间在数据交互上,很可能导致振动数据的滞后和不连续。因此,设计了一种基于ZYNQ的高速数据交互方法,以实现振动数据的异步传输,并在实际应用中验证了该方法的实用性。

基于多体接触瞬态动力学的轴承故障与转子不平衡耦合分析

以典型带中介轴承的燃气轮机高压转子系统为研究对象,提出了复杂运动与接触状态下轴承、高压转子、柔性支承耦合多体动力学模拟方法,构建了滚动轴承-高压转子-局部薄壁支承系统的动力学模型,研究了单个滚动体、所有滚动体与轴承外圈瞬态接触力以及薄壁支承结构的振动速度和加速度响应。结果表明:轴承外圈故障与转子不平衡耦合状态下,轴承外圈故障特征频率被转频调制,其两侧存在差值为转频的边频带;不平衡量的位置离故障轴承越近,幅值调制现象越明显,转子转频和轴承外圈故障特征频率越大。

基于仿生优化神经网络的6DOF工业机械手标定

针对六自由度工业机械手标定中的定位精度问题,提出一种基于仿生优化神经网络的机械手标定方法。研究六自由度工业机械手的运动学模型,并给出其D-H参数。通过将关节挠度模型和传统的运动学模型标定技术相结合,来同步识别机械手的运动学参数和柔度参数,以提高定位精度。然后,构造人工神经网络对未建模误差进行进一步补偿,如摩擦、机械传动误差和热膨胀。此外,采用入侵杂草优化算法对神经网络的权值和偏置进行优化。最后,采用六自由度机械手HX300对所提方法进行了实际测试,验证其可行性。研究结果表明:标定后机械手的定位精度得到了显著提高,平均误差、最大误差和标准差分别为0.345、0.6374、0.1624 mm,均小于其他标定方法;与GA-BP神经网络标定方法相比,所提方法具有更好的收敛能力,平均误差降低了15.92%,适用于高精度的各种工业应用。

基于小波包分解-峭度值指标-希尔伯特包络解调融合方法处理声发射信号的滚动轴承故障诊断

为实现对航空发动机主轴承进行故障诊断,以复杂传递路径下声发射信号的波形分析为基础,提出一种基于小波包分解(wavelet packet decomposition, WPD)、峭度值指标(kurtosis index, KI)以及希尔伯特包络解调(Hilbert envelope demodulation, HED)相结合的滚动轴承故障特征信息提取方法。采用WPD方法对滚动轴承声发射信号分解获得节点分量,基于KI对节点分量排序筛选进行信号重构,进而对重构信号进行HED分析,提取出轴承故障特征频率用于对比诊断。开展简单以及复杂传递路径下滚动轴承故障模拟试验,采用建立的方法分别针对滚动轴承外圈、内圈典型故障试验数据进行分析和诊断。结果表明:该方法可有效提取滚动轴承故障特征频率及其倍频,且针对复杂传递路径下处于工作状态的滚动轴承,仍可实现精准的特征信息提取和有效的故障诊断。

基于设备树驱动的高速振动数据处理优化方法

在航空发动机振动数据处理系统中,由于振动信号种类多、采集频率高,多采用复杂的嵌入式操作系统。这类嵌入式操作系统一般使用设备树实现设备驱动,其特点为驱动内核和应用分离,而在振动数据处理应用中数据需要通过多次内存复制才可供应用层处理使用,大数据量的内存拷贝可能会导致应用层的振动数据处理时间不足、振动周期任务无法完成。因此,设计了一种基于设备树驱动的数据处理优化方案,通过软件架构的优化实现数据的内存零拷贝。

基于多参数信息融合筛选的滚动轴承振动信号特征提取与表征方法

针对航空发动机机械系统滚动轴承故障诊断难的问题,提出一种基于多参数信息融合筛选的滚动轴承故障诊断方法。该方法采用小波包分解(WPD)强干扰环境复杂传递路径下测得的滚动轴承振动信号,得到若干个节点分量,以偏度值(Skew)、峭度值(Kurt)和排列熵(PE)多参数融合作为筛选指数(λ)对各节点分量进行筛选及重构,并进行包络解调识别故障特征信息。基于滚动轴承实验台测试数据及航空发动机中介轴承模拟试验台所测数据开展了振动信号提取与表征方法有效性的综合验证,并对某型航空发动机进行故障识别。结果表明:该方法可有效识别简单及复杂传递路径下滚动轴承故障特征,可作为航空发动机主轴轴承特征信息提取及故障诊断的有效方法之一。

含接触界面的叶片非线性模态分析方法

为揭示含复杂接触界面的大规模叶片的非线性模态特性,建立了含接触界面的叶片非线性模态高效分析方法。以含缘板阻尼器的简化涡轮叶片有限元模型为例,介绍了含接触非线性耗散系统的阻尼非线性模态的基本定义;综合采用多谐波平衡法和基于高精度频响函数矩阵的线性自由度压缩方法,将非线性计算规模降低至初始模型的1/88,实现了含接触界面的大规模叶片有限元模型的非线性模态高效分析;基于能量平衡思想探索了叶片阻尼非线性模态振动与其共振点强迫振动响应之间的关联。结果表明,该非线性模态分析方法能够同步揭示叶片非线性模态频率和非线性阻尼比的振幅相关特性,对于涡轮叶片的动力学设计和缘板阻尼器的减振能力的量化评估具有重要意义。

失谐整体叶盘的改进子结构建模方法

针对复杂失谐叶盘结构振动分析中的计算效率问题,提出一种改进的子结构建模及分析方法。根据整体叶盘结构的几何特征,将其划分为轮盘及叶片子结构。然后,对叶片-轮盘交界面均匀选取减缩自由度;通过转换矩阵将减缩自由度转换为子结构的内部自由度。最后,使用子结构模态综合法完成减缩自由度的凝聚,建立整体叶盘结构的减缩模型。以某型整体叶盘为例,利用改进的子结构分析模型,在典型危险工况下评估了结构的失谐水平。研究结果表明该方法在确保计算精度的前提下能够高效求解随机失谐整体叶盘的振动响应。

带橡胶阻尼块压气机整流器振动特性分析

橡胶的动态特性及频率与应变相关。为了研究航空发动机带橡胶阻尼块整流器叶片结构的振动特性,使用有限元仿真和试验相结合的方法,建立了适用于此结构的动态模型,分别使用硅橡胶N50、硅橡胶N60、天然橡胶N60和丁晴橡胶N60这4种橡胶阻尼块对该结构进行了试验和仿真。对4种橡胶进行准静态拉伸试验,使用Neo-Hookean超弹性模型进行拟合得出CNH1与最大应变εm的3次多项式,带入ANSYS进行橡胶柱压缩仿真从而验证模型的可靠性;对橡胶进行动刚度试验,得出橡胶动态模量随频率的增大而逐渐递增;建立非线性弹簧-分数导数模型,带入ANSYS进行迭代计算,并进行扫频试验,对得出的不同橡胶阻尼块下叶片的第1阶共振频率的仿真结果和试验结果进行对比可知,模型的计算误差均小于5%。综合分析表明:非线性弹簧-分数导数模型能够准确地描述带橡胶阻尼块整流器叶片结构的振动特性。

基于ANSYS平台的多支撑空间单管路避振优化

为了合理地确定航空发动机中卡箍的布局,以有效避开发动机转子的激振频率,进而大幅度降低管路系统的振动水平,基于ANSYS平台,针对多卡箍支撑的空间管路开展卡箍布局优化研究。描述了空间管路的有限元建模过程,将卡箍的位置作为设计变量,卡箍的可移动范围作为约束条件,以管路系统最大第1阶固有频率作为目标函数,建立了空间管路避振优化模型,并给出了先执行灵敏度分析再进行优化求解的方法。结果表明:基于灵敏度分析减少了设计变量的数量后,其优化结果与考虑所有设计变量的优化结果基本一致;优化后管路系统第1阶固有频率增大,避开了所设定的激振频率。通过试验校验了所创建的有限元模型的合理性,并在此基础上进行了卡箍布局优化实践。

基于流固耦合的硬涂层整体叶盘振动特性研究

整体叶盘在复杂多变载荷的作用下易出现振动损伤和使用寿命缩短等问题。针对此问题,以整体叶盘简化模型为对象,对叶片的压力面涂敷NiCrAlY硬涂层并建立叶盘的流场模型;在Fluent软件中采用流固耦合方法分别对无硬涂层、有硬涂层整体叶盘进行叶盘表面气动载荷的模拟;最后,采用预应力模态分析法对无硬涂层、有硬涂层整体叶盘在气动载荷、离心载荷、气动和离心载荷共同作用下的振动响应、等效应力的分布进行求解,以及绘制叶盘的坎贝尔图。依据以上求解结果,对比研究了硬涂层和3种载荷方式对整体叶盘振动特性的影响程度。结果表明:硬涂层对整体叶盘的振动特性影响较小;相比离心载荷,离心和气动载荷共同作用时对整体叶盘振动特性影响更明显;硬涂层会降低整体叶盘的共振点数。

科氏力对硬涂层整体叶盘振动特性的影响分析

以某航空发动机整体叶盘简化模型为研究对象,对叶片表面涂覆NiCrAlY硬涂层,建立硬涂层整体叶盘有限元模型。针对不同工况下仅考虑离心力影响和同时考虑科氏力和离心力影响的2种情况,进行模态分析,研究离心力和科氏力对不同转速下硬涂层整体叶盘模态特性的影响,并讨论硬涂层对整体叶盘系统固有特性的影响;最后,根据计算得到的固有频率,得到2种不同载荷下的坎贝尔图,求得硬涂层整体叶盘发生共振时的危险转速。结果表明:转速越大,固有频率值升高,科氏力对频率特性影响越大;硬涂层对整体叶盘结构的频率影响较小,硬涂层削弱了科氏力的影响;对于高速旋转的整体叶盘系统,科氏力影响显著,工程计算时不可忽略。