[发明专利]航空发动机整机振动分量跟踪数值计算方法

说明书

技术领域

本发明属航空发动机整机振动监视技术，涉及一种航空发动机整机振动分量跟踪数值计算方法。

背景技术

安装在飞机或台架上的航空发动机，是一个无限多自由度的振动系统，所谓发动机的整机振动，就是这一系统在各种激振力作用下的响应。整机振动是影响发动机寿命和飞行安全的决定性因素。对航空发动机整机振动进行监控，可以为航空发动机正常和安全使用提供有力保障。

在航空发动机整机振动测量、试验、分析中涉及的振动特征量大致可以分两类，振动总量和振动分量。振动总量一般指在一定带通范围内测量的振动信号，振动分量一般是经跟踪滤波等分析得到的单一频率的振动信号。与振动总量相比，振动分量与特定频率对应，可以更明确反映所关心频率分量振动水平的变化情况，便于故障分析定位。在振动分量监视中，由于转子转速会随着发动机状态的变化而变化，必须通过跟踪滤波等方法实现振，因此与总量监视相比，分量监视的难度较大。目前我国在航空发动机整机振动监视中，主要为总量监视，分量参数并未在机载振动监视中实施。

目前，由于压电式加速度测量系统具有频率范围宽、动态范围大、性能稳定、输出线性好、使用温度范围宽、抗外磁干扰能力强等优点，在航空发动机振动测试，尤其是飞行试验中被普遍采用，因此利用振动试验中压电式加速度系统获得的加速度信号和转速信号，通过数值计算的方法得到速度分量单峰值大小是必要的。

发明内容

发明目的：提供一种航空发动机整机振动分量跟踪数值计算方法。

技术方案：一种航空发动机整机振动分量跟踪数值计算方法，包括：

采集待跟踪信号的频率f_td(n)，根据f_td(n)计算待跟踪信号的周期T_td(n)；

将采集的当前的振动加速度信号s_v(n)输入缓冲区，对缓冲区进行更新，得到序列s_v,b；

从s_v,b中截取时长为的数据序列s_v,td，其中，M₁为整数；

在完成数据截取后，对截取的数据序列s_v,td进行采样率为重采样操作，得到数据序列s_v,rs，其中，M₂为整数；

对数据序列s_v，rs进行FFT和谐波分解操作，得到序列A_v，然后利用序列A_v和采集的待跟踪信号的频率f_td(n)计算A_vsp。

有益效果：本发明专利有以下两大优点：

其一，由于发动机阶比与转速保持恒定联系，因此阶比分析可以对一般频谱分析很难实现的发动机起动、停车、加速、减速等过渡态的振动特征信息进行提取。一般的频谱分析方法都是以FFT为基础的。当发动机工作于过渡态时，其时域振动信号是非平稳信号，不满足FFT分析对信号的平稳性要求。因此，一般的频谱分析方法不能处理发动机起动、停车、加速、减速等过渡态的振动信号，也就不具备提取发动机过渡态振动特征信息的能力。而阶比分析通过恒定角度增量将时域的非平稳信号转变为角域的平稳信号，可以用来处理发动机过渡态的振动信号，并在此基础上提取其特征信息。

其二，利用阶比分析中普遍采用的恒定角度增量采样和FFT技术，可以克服传统FFT技术由于“泄露”等固有缺陷造成的频谱分量幅值误差，保证监视分量的精度。一般频谱分析方法的误差有三种，分别是混叠现象、栏栅效应和截断效应。混叠现象可以通过采样前的抗混叠滤波消除。栅效应可以通过提高信号采样率的方法保证。截断效应则可以通过适当的加窗处理来尽可能地消除。但由于等时间间隔采样和过渡态发动机转速变化的原因，与发动机转速相关的特征量（基频、倍频等）由于截断效应所带来的误差是必然存在且不是固定不变的。阶比分析技术以转速而不是时间，以频谱上的阶比而不是频率作为关注重点，因此一般阶比谱图上，信号的幅值或频率是阶次的函数，在发动机状态变化时，某一阶次的谐波成分就固定在一独立的谱线上，不会随转速的变化而变化，避免了一般通用频谱分析中出现的谐波混叠效应。此外，由于一般阶比分析技术都采用等角度采样，从理论上来说可以完全消除各阶次谐波分量的截断效应，保证各阶次分量的截断误差。

附图说明

图1为本发明基于阶次跟踪和FFT技术的振动分量跟踪算法示意图。

图2为本发明发动机离线整机振动分量跟踪软件分量跟踪算法实现示意图。