航空发动机叶片静态频率检测系统的研究与开发

发布时间：2020-08-06 13:37

【摘要】：叶片是航空发动机的重要零件之一,其工作时承受多种变化的载荷,当激振力频率接近叶片的共振频率时,引起叶片共振,易导致叶片疲劳失效。为有效地避免叶片发生共振,需在装配前检测叶片的共振频率是否符合要求。因此,有必要进行叶片静态频率检测系统的研究与开发。本文主要完成如下工作:(1)根据有限元动力学理论的研究,创建叶片模型及简化模型,在ANSYS软件中完成模态分析和谐响应分析,确定了:一弯和二弯、一扭和二扭叶尖振动是反向关系;进气边叶尖处是叶片振动信号的最佳采集点;以正弦稳态扫频信号为激振信号;可通过查找共振峰的位置求得共振频率。(2)根据CZT算法的研究,完成多步CZT的编程,通过CZT和FFT、ZFFT、STFT的比较,确定了:CZT可从任意起始频率求得任意计算分辨率的频谱,在短采样、单频率的信号处理中更灵活、准确,多步CZT一定程度上提高了分析精度,适用于叶片测频系统的振动信号分析。(3)设计叶片测频系统的设计目标和硬件、软件框架,完成系统的三个部分:硬件系统的搭建;通过频率分布概率的分析设计并实现分段扫频策略,仿真得知,相对于顺序扫频提高了 69.27%的效率,并完成数据库编写;编写软件系统,实现用户系统、测频模块、数据系统的功能。(4)进行叶片测频系统的重复性测频试验和连续测频试验,重复测频的精确度等级为0.1级,连续测频最大引用误差为0.101%,表明叶片测频系统测频误差较小,重复性较好,测量精密度、准确度较高,验证了系统的可行性,且测频效率提高57.97%。探讨了测频系统的激振、信号采集、分析优化,进行不同振幅比的仿真叶片加载分析,结果表明振幅比参数在叶片选配中有一定的实用意义。本文研究发的叶片静态频率检测系统,较为完善的实现了从测频任务的获取,到叶片的测频、数据的管理等功能,并进行实际测频试验,提高了叶片测频的效率。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V232.4
【图文】：

专业学位论文逦第第１章绪论逡逑选题背景及研究意义逡逑动机被誉为飞机的心脏，为飞机提供飞行的推动力。它的性能直接性和可靠性，飞机所发生的各类事故多数是由发动机的故障引起喷气发动机示意图［ｎ，从进气口到压气机再到燃烧室后的涡轮，叶较多，可见叶片是航空发动机的重要零部件。叶片工作时不仅承力载荷，还受到高速气流激振的交变载荷，工作环境恶劣。这些载片产生复杂变化的激振力，当叶片承受的激振力频率接近甚至等于，引起叶片共振。叶片共振会产生较大的交变振动应力，容易导致发一系列整机问题。进

根据图１．３，叶片测频主要有以下几个部分：叶片激振、信号采集、信号分析、逡逑据记录。因此，对于叶片测频系统的研究和开发，首先需要研究实现叶片测频的各逡逑部分的理论和方法，如图１．４所示：逡逑提Ｍ部分逡逑和意义逦；叶片激振—逦１输逡逑；——Ｔ—逦１邋｜逦逦邋＿＿邋叶片逡逑￣￣｜邋提供力＇法？邋｜逦ｈＷｌ邋’丨知七丨．Ｆ逡逑振动测频［Ｊ测＠方法逦＾邋；卩号撕：切几沾．丨纹宁倍号ｈｗ逡逑研究现状＂｜：巧厂丨＿不足，ｉ邋ｖ邋；逦丨“城ｒ逡逑测频系统提｛ｊｖ分吟；数掘记录；｜逡逑图１．邋４叶片测频研宄的主要部分和研宄思路逡逑叶片测频研究的基本思路：根据研究背景和意义提出叶片测频系统的设计，通过逡逑片振动特性的研究，得到叶片振动的输入、输出特性，为叶片激振和信号采集的实逡逑提供设计参考；根据叶片振动的输出特性选择信号处理办法，实现振动信号分析；逡逑

．和前而逡逑图１．邋３某航空发动机厂商的叶片测频系统逡逑根据图１．３，叶片测频主要有以下几个部分：叶片激振、信号采集、信号分析、逡逑数据记录。因此，对于叶片测频系统的研究和开发，首先需要研究实现叶片测频的各逡逑个部分的理论和方法，如图１．４所示：逡逑提Ｍ部分逡逑和意义逦；叶片激振—逦１输逡逑；——Ｔ—逦１邋｜逦逦邋＿＿邋叶片逡逑￣￣｜邋提供力＇法？邋｜逦ｈＷｌ邋’丨知七丨．Ｆ逡逑振动测频［Ｊ测＠方法逦＾邋；卩号撕：切几沾．丨纹宁倍号ｈｗ逡逑研究现状＂｜：巧厂丨＿不足，ｉ邋ｖ邋；逦丨“城ｒ逡逑测频系统提｛ｊｖ分吟；数掘记录；｜逡逑图１．邋４叶片测频研宄的主要部分和研宄思路逡逑叶片测频研究的基本思路：根据研究背景和意义提出叶片测频系统的设计，通过逡逑叶片振动特性的研究，得到叶片振动的输入、输出特性，为叶片激振和信号采集的实逡逑现提供设计参考；根据叶片振动的输出特性选择信号处理办法，实现振动信号分析；逡逑通过调研振动测频的研究现状

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本文编号：2782477