[发明专利]一种检测航空发动机风扇叶片颤振故障的方法

摘要

一种检测航空发动机风扇叶片颤振的方法，利用航空发动机的测速齿盘、电涡流位移传感器、信号调理器、数据采集卡和计算机测量航空发动机的扭转振动，对航空发动机地面台架试车、机载地面试车和机动飞行条件下的扭转振动进行实时监测。通过检测转子扭振信号中包含的风扇叶片颤振特征频率，判断风扇叶片的气弹状态，诊断航空发动机叶片颤振故障，提高发动机的可靠性和可维护性。本发明直接从航空发动机轴系上测得扭转振动信号，能清晰地反映颤振的故障信息，测量得到的扭转振动信号成分简单，便于分析，克服了目前常规测量方法的工程局限性，确保能在发动机地面台架试车、机载地面试车和机动飞行等各种条件下实施风扇叶片的颤振的实时监测。

主权项

一种检测航空发动机风扇叶片颤振故障的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：确定脉冲宽度；采集齿盘各齿使电涡流位移传感器产生的电脉冲；电涡流位移传感器通过振动信号传输线将所述的电脉冲信号送入信号调理器，信号调理器将电脉冲信号进行整流处理，并将其送入数据采集卡；所述的脉冲宽度包括各齿对应的脉冲宽度τi和各齿隙对应的脉冲宽度τj，所述的脉冲宽度τi和τj均为时间量；数据采集卡的模/数转换器对电脉冲信号进行模/数转换后，由数据采集卡的计数器通过自身产生的F1＝20MHz时钟脉冲确定测速齿盘上各齿对应的脉冲宽度τi(i＝1，3，5，...，2N‑1)和各齿隙对应的脉冲宽度τj(j＝2，4，6，...，2N)，所述的脉冲宽度τi和τj为时间量；τi＝ni/F1(1)τj＝nj/F1(2)其中，ni为各齿脉冲宽度对应的时钟脉冲个数；nj为各齿隙脉冲宽度对应的时钟脉冲个数；信号调理器通过数据线将τi和τj传输给计算机；第二步：确定转子瞬时角速度利用发动机的测速齿盘上均匀分布的各齿的宽度Δθ1、各齿隙的宽度Δθ2、各齿对应的脉冲宽度τi(i＝1，3，5，...，2N‑1)和各齿隙对应的脉冲宽度τj(j＝2，4，6，...，2N)，通过公式(3)得到发动机转子的瞬时角速度；转子的瞬时角速度Ω为： Ω = Δ θ 1 τ i i = 1,3,5 , . . . , 2 N - 1 Δ θ 2 τ j j = 2,4,6 , . . . , 2 N - - - ( 3 ) 其中，N为测速齿盘齿数，τi(i＝1，3，5，...，2N‑1)为各齿对应的脉冲宽度，τj(j＝2，4，6，...，2N)为各齿隙对应的脉冲宽度，Δθ1为各齿的宽度，Δθ2为各齿隙的宽度；第三步：确定转子是否发生扭转振动通过所获得的转子瞬时角速度Ω判断转子是否发生扭转振动；当 Ω = Δ θ 1 τ i = Δ θ 2 τ j = Ω 0 - - - ( 4 ) 时则证明转子没有发生扭转振动；当Ω≠Ω0(5)时，并且转子瞬时角速度Ω沿着稳定角速度值Ω0上下波动，则发动机转子发生扭转振动；公式(4)和(5)中，Ω0是转子在稳态工作时的瞬时角速度，为常数，τi(i＝1，3，5，...，2N‑1)为各齿对应的脉冲宽度，τj(j＝2，4，6，...，2N)为各齿隙对应的脉冲宽度，Δθ1为各齿的宽度，Δθ2为各齿隙的宽度，N为测速齿盘的齿数；当转子瞬时角速度Ω为常数，转子没有发生扭转振动时，重复第一步至第三步，对转子扭振继续检测，直至发动机停车；当发动机工作中，转子瞬时角速度Ω不为常数，转子发生扭转振动时，则进入第四步；第四步：分析扭转振动信号利用傅里叶方法分析发生扭转振动时的转子瞬时角速度，得到了转子瞬时角速度的频谱图；如频谱图中包含了风扇叶片自振频率成分，说明叶片已发生颤振；经过上述步骤，确定发动机风扇叶片产生颤振故障。