[发明专利]叶端定时传感器的机匣周向布置方法

说明书

本发明公开了一种叶端定时传感器的机匣周向布置方法，所述方法包括：建立单个叶片的三维模型，基于所述三维模型计算所述叶片在不同转速下的各阶模态固有频率并生成叶片振动的坎贝尔图，基于所述坎贝尔图确定叶片在预定转速下产生的共振模态及对应的振动阶次；基于所述的振动阶次数目确定所需叶端定时传感器数目；基于叶端定时传感器周向安装角度和所述振动阶次构建叶片振动模型的设计矩阵；基于所述设计矩阵构造优化过程的适应度函数，其中，计算所述设计矩阵的转置与其自身的乘积的行列式，将所述行列式作为所述适应度函数；优化所述适应度函数达到最大值以确定叶端定时传感器的周向安装角度。

技术领域

本发明属于航空发动机、燃气轮机转子叶片振动非接触式测试技术领域，特别是一种叶端定时传感器的机匣周向布置方法。

背景技术

转叶片是航空发动机中的重要零部件。航空发动机工作时，叶片将会承受高温、高压、高转速等恶劣工作条件。并且叶片通常会在交变载荷的作用下产生振动，进而引起叶片的高周疲劳，导致叶片产生裂纹等损伤。而航空发动机叶片的损伤故障，通常会导致叶片的一些振动参数，如振动频率、振幅等发生改变。在叶片运行过程中，对其振动参数进行准确监测，能为叶片健康状态评估、叶片剩余寿命预测等提供数据支持，对于减少发动机运行维护成本，保障航空发动机的运行安全有着重要作用。

叶端定时技术能够对航空发动机旋转叶片的振动进行非接触测量，这一特点使其在叶片运行状态的长期监测上起着重要作用。叶端定时传感器安装在发动机机匣上，通过测量叶片到达传感器的时间，计算出叶片顶端振动位移的大小并从中提取出叶片振动的各项参数。然而航空发动机工作时的恶劣工作条件极易使传感器产生较大的测量误差，这些在测量过程中产生的不确定误差容易影响后续叶尖振幅以及叶片振动参数的计算结果，进而可能导致对叶片故障程度和剩余寿命预测产生误判。通过分析叶端定时传感器布局对于叶片振动参数识别结果不确定性的影响，可对机匣周向传感器布局进行优化，尽可能降低测量过程不确定性对后续计算结果的影响，增加叶片运行状态评估结果的可信度。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种叶端定时传感器的机匣周向布置方法，降低了由于测量过程中的不确定性导致的后续叶片振动参数识别结果的不确定性，提高了信号重构精度以及对叶片运行状态评估的准确性与可靠性。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种叶端定时传感器的机匣周向布置方法包括以下步骤：

一种叶端定时传感器的机匣周向布置方法，所述方法包括以下步骤：

第一步骤中，建立单个叶片的三维模型，基于所述三维模型计算所述叶片在不同转速下的各阶模态固有频率并生成叶片振动的坎贝尔图，基于所述坎贝尔图确定叶片在预定转速下产生的共振模态及对应的振动阶次；

第二步骤中，基于所述的振动阶次数目确定所需叶端定时传感器数目；

第三步骤中，基于叶端定时传感器周向安装角度和所述振动阶次构建叶片振动模型的设计矩阵；

第四步骤中，基于所述设计矩阵构造优化过程的适应度函数，其中，计算所述设计矩阵的转置与其自身的乘积的行列式，将所述行列式作为所述适应度函数；

第五步骤中，优化所述适应度函数达到最大值以确定叶端定时传感器的周向安装角度。