[发明专利]基于变转速起动高精度识别柔性转子不平衡激振力的方法

说明书

本发明提供了一种基于变转速起动高精度识别柔性转子不平衡激振力的方法。首先，采用传递矩阵法建立转子系统瞬态运动方程，并通过Newmark积分法计算得到瞬态运动响应数据；然后，利用利用载荷识别和模态坐标转换结合方法，计算得到转子系统不平衡激振力的频域载荷谱向量；最后，对该谱向量进行傅里叶逆变换并利用特定的滤波器对其进行滤波，得到转子的瞬态不平衡激振力。本发明仅利用转子在一次加速起动过程中的运动响应数据，求解效率高，通过求解不平衡激振力来进行转子的平衡精度高，可用于进行转子的瞬态平衡。

技术领域

本发明属机械振动技术领域，具体涉及一种基于变转速起动高精度识别柔性转子不平衡激振力的方法。

背景技术

振动问题是航空发动机研制过程中必须面临的一个难题。过大的振动会使转子产生较大变形和应力，导致连接松动、轴承负荷过大、工作不良以至损坏，严重时将造成飞行事故。造成发动机振动的原因多种多样，研究和工程实践表明，转子不平衡是其中的主要原因。而一旦转子的平衡状况通过各种途径得到改善，这些故障也将随之消失。因此，需要采用平衡方法对转子的不平衡加以调控。

由于转子系统不平衡量存在于不平衡激振力中，因此，只需计算转子的不平衡激振力，后续即可根据计算出的不平衡激振力对转子进行平衡，这是将转子投入使用前必须要做的一步。受技术和经济条件的限制，转子的不平衡激振力很难直接测量，目前未见实测转子不平衡激振力的研究报道。因此，利用实测转子瞬态运动响应数据计算转子瞬时不平衡激振力，进而对转子的不平衡量进行求解是转子瞬态平衡领域的一项重要技术问题。

同时，现有的载荷识别方法均为系统输入为稳态响应数据的载荷识别过程，识别效果良好。但对于系统输入为实测瞬态响应数据的多频率载荷识别的研究，存在信号中掺杂频率成分过多、易混入非主频及高频信号，导致系统输出响应的识别精度较低的问题。因此，如何提高系统输入为瞬态响应数据的载荷识别的精度是载荷识别领域面临的一项重要技术问题。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于变转速起动高精度识别柔性转子不平衡激振力的方法。首先，采用传递矩阵法建立转子系统瞬态运动方程，并通过Newmark积分法计算得到瞬态运动响应数据；然后，利用利用载荷识别和模态坐标转换结合方法，计算得到转子系统不平衡激振力的频域载荷谱向量；最后，对该谱向量进行傅里叶逆变换并利用特定的滤波器对其进行滤波，得到转子的瞬态不平衡激振力。

一种基于变转速起动高精度识别柔性转子不平衡激振力的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用传递矩阵法建立质量归一化的N盘转子系统的瞬态运动方程，并通过Newmark积分法计算得到转子系统在恒定角加速度下的瞬态运动信息，包括转子瞬态响应、转子Bode图及模态振型；截取转子达到临界转速前任意时间段内的瞬态响应数据U(t)作为载荷识别输入数据；

步骤2：利用载荷识别和模态坐标转换结合方法，计算得到转子系统不平衡激振力的频域载荷谱向量F(ω)，即：

F(ω)＝U(ω)/Φh_q(ω)Φ^T (1)

其中，U(ω)为U(t)的傅里叶变换，ω表示频域频率；Φ为转子模态振型矩阵，表示为：

其中，为转子系统第r阶模态振型，N为转子特征盘的个数；

h_q(ω)为转子系统的模态导纳矩阵，表示为：

h_q(ω)＝diag[h₁(ω),h₂(ω),···,h_r(ω),···,h_4N(ω)] (3)