[发明专利]实现叶片同步振动参数辨识的方法

说明书

本发明涉及叶片振动参数在线测量技术领域，为实现在不采用转速同步传感器的情况下，基于最小二乘原理，实现叶片同步振动参数辨识。为此，本发明采取的技术方案是，实现叶片同步振动参数辨识的方法，包括以下步骤：第一步，在若干叶片顶部安装叶尖定时传感器并按#0、#1、#2依次编号；第二步，根据转速、传感器安装角度计算叶片到达不同传感器时与到达#0号传感器时的叶片振动位移差；第三步，在测量前坎贝尔图已知的情况下，利用多只传感器测得的叶片振动位移差、传感器安装角度以及一组与叶片振动参数相关的未知量组成一个超静定的二元一次线性方程组。本发明主要应用于叶片振动参数在线测量。

技术领域

本发明涉及叶片振动参数在线测量技术领域，具体讲,涉及实现叶片同步振动参数辨识的方法。

背景技术

叶尖定时法是当前叶片振动参数在线测量技术研究的热点，该方法起源于上世纪60年代，通过测量叶片到达时间，并与无振动的叶片到达时间进行比较，获取叶片振动位移，并利用所得叶片振动位移，采用相关算法对叶片振动参数进行辨识。算法方面，国外研究机构研究了单参数法、双参数法、间断相位法、自回归模型法、贝叶斯线性回归法、多采样率法、最小方差估计等。

传统的叶尖定时系统均需要采用一个转速同步传感器，该传感器需要安装于转轴附近，其作用是作为无振动的叶片到达时间的叶片定位基准，该传感器有脱落击伤发动机的危险，且工作环境恶劣，难以安装。如何在没有转速同步的情况下实现叶片振动参数测量也是叶尖定时技术待解决的问题，在文献中提出利用两只安装于机匣上的叶尖定时传感器测量叶片到达不同传感器的定时时间差，该定时时间差同样包含有叶片振动信息，通过对定时时间差的处理，可实现叶片振动参数测量；Rolls-Royce公司的研究人员研究了利用叶尖定时信号中获得转速同步信息的方法；中航工业606所相关研究人员也对利用不同叶尖定时传感器的定时时间差进行叶片振动参数测量的方法进行了研究，并分析了影响传感器测量精度的因素。

发明内容

为克服现有技术的不足，实现在不采用转速同步传感器的情况下，基于最小二乘原理，实现叶片同步振动参数辨识。为此，本发明采取的技术方案是，实现叶片同步振动参数辨识的方法，包括以下步骤：

第一步，在若干叶片顶部安装叶尖定时传感器并按#0、#1、#2依次编号；

第二步，根据转速、传感器安装角度计算叶片到达不同传感器时与到达#0号传感器时的叶片振动位移差；

第三步，在测量前坎贝尔图已知的情况下，利用多只传感器测得的叶片振动位移差、传感器安装角度以及一组与叶片振动参数相关的未知量组成一个超静定的二元一次线性方程组，利用最小二乘法可得到方程组的解，并由此实现叶片振动幅值、相位的辨识；在测量前叶片共振倍频数未知的情况下，遍历所有可能的振动倍频数，构成多组二元一次线性方程组，利用最小二乘原理求方程组的解，并计算不同振动倍频数所对应最小二乘残差的欧几里得范数，当所遍历振动倍频数等于正确振动倍频数时，残差将接近于0，由此实现叶片振动倍频数的辨识。

第二、三步具体为，利用简谐振动来模拟叶片的振动，设叶片振动可由式1表示：

其中A为振动幅值，为振动初相位，ω为振动角频率，C振动常偏量。在不采用转速同步，利用两只叶尖定时传感器测量叶片振动之差的情况下，对某一特定叶片，设叶片在测量第一圈时，到达编号为#0的传感器的时刻为时间零点，设编号为i的传感器的安装位置与传感器#0的夹角为Δα_i，在叶片振动引起的到达时间变化较小的情况下，第k圈叶片到达传感器i时的时间值为式2：

将式2代入式1，第k圈第i号传感器测得的叶片振动位移等于y_ik：

则在第k圈测得的传感器i与传感器0之间的叶片振动位移差可由式4表示。