[发明专利]一种发动机振动不平衡相位的实时测量方法

说明书

技术领域

本发明属于航空发动机振动监测技术领域，具体涉及一种发动机振动不平衡相位 的实时测量方法。

背景技术

航空发动机的工作条件十分恶劣，发动机健康状况关系到飞机及乘坐人员的安 全。对发动机的状态和健康状况进行监控可以保障飞机及人员安全的有效手段。振动 采集监控是发动机状态监控的重要功能，作为典型的旋转机械设备，发动机振动幅值、 频率、相位反映了发动机状态的重要信息。

进行发动机振动信号采集监测有三方面的应用：振动超限监测、发动机故障诊断 及发动机转子配平。振动超限监测实时监测发动机振动大小，当发动机健康状况出现 变化，反映到发动机振动水平上时，可以提前采取相应检查及维护措施，避免造成故 障的恶化及重大事故；发动机部件出现不同的损伤或故障，其振动信号有相应的振动 特征频谱。利用发动机不同频次的振动信号可以实现基于发动机振动信号的发动机故 障诊断；发动机运行在较大振动水平下会对发动机的健康状况带来损伤，当发动机振 动水平较大且并未出现故障，可以对发动机进行配平，降低发动机振动水平。

对发动机配平，常用方法是三圆法，三圆法不需要求取发动机振动不平衡相位， 但三圆法需要发动机开车次数较多，耗时耗力也严重影响发动机的运营效率。求取发 动机转子不平衡量的幅值和相位可以实现发动机振动的快速动平衡，直接计算出平衡 重量的大小和安装角度。转子振动不平衡相位通过转子转速相位基准信号和振动信号 来计算。

对振动信号直接进行FFT运算实现傅里叶变换，求取发动机振动信号的幅值和相 位，由于非整周期采样会存在频谱泄露，使得求取的振动信号幅值和相位值偏离实际 值，频谱泄露对相位值的影响最大可达90°。理论上可以实时调整振动信号的采样 频率或进行插值运算保证参与FFT运算的信号满足整周期条件，进而避免频谱泄露。 但因为发动机转速是连续变化的，根据转速信号实时调整采样频率，存在信号延迟及 使得系统复杂的问题。使用数学插值也因为发动机转速连续变化，存在插值计算精度 有限的问题。

另一方面，发动机振动信号中除高低压转子基频、倍频信号外，还包含大量的噪 声信号。受发动机转子基频振动外的无关信号影响，使得使用FFT算法求取振动信号 相位精度较差，难以满足发动机动平衡的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述振动不平衡相位测量方法的不足，提出了一种基于互 功率谱估计的航空发动机振动不平衡相位测量方法，以避免由于频谱泄露、噪声等因 素的影响，提高测量精度。

为实现上述目的，本发明的计算方法如下：

该发动机振动不平衡相位的实时测量方法通过检测相位基准信号中的脉冲，生成 相位基准参考信号，求取相位基准参考信号与振动信号的互功率谱；然后根据互功率 谱寻找发动机振动不平衡相位频域计算点，利用互功率谱实部、虚部估计振动不平衡 相位。

具体包括以下步骤：

1)检测相位基准信号中的脉冲，以脉冲为起始，提取长度为N的相位基准信号序列和振动信号序列，计算相位基准信号序列中相邻两个脉冲之间T_k，然后以生成同频的正弦信号，拼接成长度为N的正弦信号序列，N＝MAX(2ⁿ)&2ⁿ≤fs，fs为所述脉冲信号的采样频率；

2)对步骤1)产生的正弦信号序列进行加汉宁窗处理，然后进行点数为N的 快速傅里叶变换得到X(k)；对步骤1)提取的振动信号序列进行加汉宁窗处理， 然后进行点数为N的快速傅里叶变换得到Y(k)；

3)按下式计算求取互功率谱密度G_xy；

G_xy＝X*(k)·Y(k)

这里的*的含义是“求实部”。

4)对步骤3)求取的互功率谱，按下式找出幅频曲线中发动机转子转速频率 附近的幅值最大点，并记录该频率点k：