[发明专利]基于区间控制策略的转子裂纹故障检测方法

权利要求书

1.基于区间控制策略的转子裂纹故障检测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

步骤一、选取航空发动机双转子结构的低压部分建立单转子系统模型，并建立坐标系；坐标系以转子与航空器质心重合的端点为原点o，坐标系的x轴平行于航空器机身纵轴轴线，指向航空器前进方向，oy轴位于航空器的对称面内，垂直于ox轴，指向航空器正上方，oz轴与ox轴、oy轴构成右手坐标系；

步骤二、计算航空发动机转子系统临界转速，并根据临界转速设置转速的目标控制区间；

步骤三、在待检测处的Y轴方向、转速的目标控制区间内施加常数激励，建立转子系统动力学模型；

步骤四、将所述转子系统动力学模型转换为振动响应方程；

步骤五、将各个参数作为转子系统的输入信号，将振动响应作为转子系统的输出信号，绘制幅频响应曲线；

步骤六、根据步骤四中的幅频响应曲线判断转子裂纹故障。

2.根据权利要求1所述基于区间控制策略的转子裂纹故障检测方法，其特征在于，步骤三中所述转子系统动力学模型具体为：

其中，m为转盘质量，c为阻尼，且c＝2ξmω，ξ为阻尼比；ω为转速，△k为裂纹刚度，表示裂纹深度对转轴刚度的影响；k为转子系统的支承刚度；y为转盘质心的y轴坐标，分别为y的一阶导数和二阶导数；t为时间，z为转盘质心的z轴坐标；e为转盘偏心处到转盘质心的距离，g为重力加速度；f_m为施加的常数激励。

3.根据权利要求2所述基于区间控制策略的转子裂纹故障检测方法，其特征在于，步骤四中所述将所述转子系统动力学模型转换为振动响应方程的具体过程包括：

步骤四一、对所述转子系统动力学模型进行无量纲化：

其中，δ、s、τ、K、Y、Z均为中间变量；ω_n为系统固有频率；F表示不平衡激励力的影响，G表示重力的影响，H为外加常数激励的影响，其数值大小代表外加常数激励相对重力的倍数；

则有：

其中，为分别为Y的一阶导数和二阶导数，分别为Z的一阶导数和二阶导数；

步骤四二、用谐波平衡法对式(1)进行求解：

设式(3)的解为：

其中，A_i、B_i、C_i、D_i为待定系数；i＝0,1,…,4；

步骤四三、把式(4)带入式(3)，令各次谐波的系数之和为零，得到所述振动响应方程：

A＝R^-1*F′ (5)

其中，A＝[A₁ A₂ A₃ A₄ B₁ B₂ B₃ B₄ C₀ C₁ C₂ C₃ C₄ D₁ D₂ D₃ D₄]

F′＝[Fcosτ+G+H 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]^T

α₁＝α₁₀＝16-4K

α₂＝-16s²+16-3K

α₃＝α₇＝α₁₂＝α₁₆＝-64s²+16-4K

α₄＝α₈＝α₁₃＝α₁₇＝-144s²+16-4K

α₅＝α₉＝α₁₄＝α₁₈＝-256s²+16-4K

α₆＝α₁₁＝-16s²+16-2K

α₁₅＝-16s²+16-6K

β₁＝β₉＝32ξs²

β₂＝β₁₀＝64ξs²

β₃＝β₁₁＝96ξs²

β₄＝β₁₂＝128ξs²

β₅＝β₁₃＝-32ξs²

β₆＝β₁₄＝-64ξs²

β₇＝β₁₅＝-96ξs²

β₈＝β₁₆＝-128ξs²。