压气机脉动压力信号分析方法研究

发布时间：2017-03-28 09:13

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【摘要】：压气机旋转失速先兆识别是航空界研究的热点和难点之一，目前的研究重点不是区分失速先兆类型，，而更多的是研究不同失速先兆的发生发展过程。本课题以轴流压气机失速先兆识别为研究对象，应用短时傅里叶变换法和互相关系数分析法深入研究了不同失速先兆的特征，实现了压气机的失速先兆的监测，具体工作内容如下： （1）基于短时傅里叶变换采用了主要特征频率及幅值随时间变化的信号特征分析方法，分析了不同失速类型的时频域特征，并总结了不同失速类型在平稳阶段、过渡阶段和失速阶段的主要特征频率及其幅值的变化特征。 （2）基于互相关分析方法，针对突尖波失速先兆类型，通过轴流压气机同一级同一传感器测得的相邻转子周期信号间的互相关系数的变化来监测失速先兆的出现和失速阶段的特征变化。实际分析计算表明，在不同转速下，平稳阶段时信号的互相关系数值均在一定区间范围内波动，过渡阶段时会出现下降的趋势，失速阶段值低于平稳阶段互相关系数值范围，各阶段趋势明显。这一参数计算简单，最多能提前0.1S左右监测到失速先兆，识别失速的发生，对失速发生先兆的研究有很重要的意义。本文还针对互相关系数值在0.3~0.5左右的影响因素进行了讨论，讨论发现互相关系数实际计算的就是叶片通过频率的互相关系数值，而低于300Hz的频率成分尤其是失速特征频率会影响互相关系数值的整体趋势，平稳阶段会影响互相关系数的值而在失速阶段则会影响其下降的幅度。 （3）针对实际轴流压气机试验得到的脉动压力数据，基于Matlab GUI界面开发工具设计了“压气机静压脉动压力分析软件”。这一软件含有大量实用功能，包括状态提取，基本状态分析，时频分析，互相关系数计算，最大值排序与显示，滤波等功能，分析准确，操作方便，大大提高了分析效率。另外，本文还对该软件功能模块进行了功能仿真和实际运用，验证了各功能分析的正确性。
【关键词】：轴流压气机 失速 失速先兆 主要特征频率 互相关 互相关系数
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 引言11-15
• 1.1.1 压气机的工作特性11-12
• 1.1.2 压气机旋转失速与喘振及其研究背景12-13
• 1.1.3 压气机特征分析方法研究现状13-15
• 1.2 本文的研究目的和主要工作15-16
• 第二章 轴流压气机失速特征分析16-27
• 2.1 基于短时傅里叶变换的信号主要特征频率及幅值随时间变化原理16-19
• 2.1.1 基于短时傅里叶变换的物理意义16-17
• 2.1.2 主要特征频率及幅值随时间变化方法的原理17
• 2.1.3 测试仿真17-19
• 2.2 压气机信号特征分析的应用19-26
• 2.2.1 轴流压气机模态波类型失速信号特征分析19-23
• 2.2.2 轴流压气机突尖波类型失速信号特征分析23-26
• 2.3 本章小结26-27
• 第三章 基于互相关参数的轴流压气机失速先兆识别27-38
• 3.1 基于互相关系数法的原理27-31
• 3.1.1 互相关函数和互相关系数的定义27-28
• 3.1.2 互相关系数法的原理28-30
• 3.1.3 仿真测试30-31
• 3.2 互相关系数用于压气机失速先兆识别31-36
• 3.2.1 不同转速下压气机失速信号互相关系数分析31-34
• 3.2.2 影响的因素的讨论34-36
• 3.3 本章总结36-38
• 第四章 压气机静压脉动压力信号分析软件的设计38-52
• 4.1 压气机静压脉动压力信号分析软件总体设计38-40
• 4.1.1 软件设计目的及意义38
• 4.1.2 需求分析38-39
• 4.1.3 软件的界面设计39-40
• 4.2 软件各主要功能模块详细设计40-46
• 4.3 软件主要功能仿真测试与应用46-51
• 4.3.1 短时傅里叶变换（STFT）与快速傅里叶变换（FFT）频率误差估计测试46-49
• 4.3.2 互相关系数计算同步信号转子周期数目确定测试49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 总结和展望52-54
• 5.1 全文内容总结52-53
• 5.2 后续研究展望53-54
• 参考文献54-57
• 致谢57-58
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文58

【参考文献】

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本文编号：272001