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2011-4-19 閱讀(1211)
1 前言
轉(zhuǎn)子葉片的振動(dòng)特性將直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能及發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性和壽命。為正確評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)的的可靠性和壽命，需要進(jìn)行動(dòng)頻、動(dòng)應(yīng)力測(cè)量試驗(yàn)分析轉(zhuǎn)子葉片的動(dòng)頻、動(dòng)應(yīng)力。轉(zhuǎn)子葉片工作環(huán)境惡劣：高轉(zhuǎn)速（12000 轉(zhuǎn)/分）、大交變應(yīng)力（頻率：8000Hz，應(yīng)力水平：400MPa）,給數(shù)據(jù)采集和分析提出了很高的要求，LMS-SCADSⅢ316 硬件和測(cè)量軟件Signature Testing 解決了問題。為準(zhǔn)確測(cè)量葉片在高頻振動(dòng)下的應(yīng)力，為設(shè)計(jì)提供可靠性數(shù)據(jù)有著重要意義。
2 葉片靜頻及應(yīng)力分布測(cè)量
對(duì)轉(zhuǎn)子葉片先進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn)，分別測(cè)定了葉片*階模態(tài)的頻率及振型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激起同樣的葉尖振幅時(shí)，有幾種振型所需的激振力zui小，對(duì)這些振型重點(diǎn)測(cè)量。 由于受到引電器通道數(shù)的限制，需要盡量減少實(shí)測(cè)時(shí)葉片上的應(yīng)變片數(shù)目，因此，在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行的應(yīng)力分布試驗(yàn)確定臺(tái)架實(shí)測(cè)時(shí)應(yīng)變片的具體粘貼位置及方向，只在zui大主應(yīng)力點(diǎn)上粘貼應(yīng)變片。
3 測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)量方法
測(cè)試系統(tǒng)框圖如下：
圖1 測(cè)試系統(tǒng)框圖
圖2 引線圖
圖3 引線圖
數(shù)據(jù)處理方法
采樣的時(shí)間間隔 Δt 決定著采樣的質(zhì)量和數(shù)據(jù)處理的總時(shí)間。Δt 太小，會(huì)使x（nΔt）的數(shù)目劇增，增加了數(shù)據(jù)處理的工作量，并要求計(jì)算機(jī)的容量要大；但Δt 太大，會(huì)在原始數(shù)據(jù)中引起低頻和高頻分量的混淆，不能真實(shí)反映原信號(hào)x（t）的全部情況，影響分析的精度。LMS SCADSⅢ316每通道有獨(dú)立的16bitA/D,有DSP 功能，采樣頻率為200Ks/s，通過SCSI 接口直接傳送到硬盤。特別適合高速、大容量數(shù)據(jù)采集。
LMS 數(shù)據(jù)采集處理軟件具有實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)記錄回放、工程量轉(zhuǎn)換、頻譜分析、三維瀑布圖分析等功能。在發(fā)動(dòng)機(jī)開車過程中，將發(fā)動(dòng)機(jī)從慢車到zui大狀態(tài)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)緩慢調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)采集處理軟件可采用發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)跟蹤采集得到三維瀑布圖如圖4，分析振動(dòng)頻率，判斷共振模態(tài)，可得到坎培爾圖。在共振點(diǎn)實(shí)時(shí)記錄測(cè)量葉片的應(yīng)力水平，回放處理得到測(cè)量結(jié)果如圖5。
圖4 三維瀑布分析圖
圖5 測(cè)量結(jié)果處理圖
由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)在測(cè)量過程中，不可避免會(huì)受到嚴(yán)重噪聲的干擾，特別是引電器在轉(zhuǎn)動(dòng)中接觸電阻的變化導(dǎo)致的噪聲，這些異常假值造成時(shí)間歷程波形產(chǎn)生過高或過低的突變點(diǎn)，處理不好往往會(huì)嚴(yán)重歪曲數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。頻譜分析結(jié)果可以有效地避免引電器在轉(zhuǎn)動(dòng)中接觸電阻的變化導(dǎo)致的噪聲，從圖6、圖7比較可以看出。
圖6 未接入引電器時(shí)的頻譜分析結(jié)果
圖7 接入引電器10000rpm 時(shí)的頻譜分析結(jié)果
5 葉片動(dòng)頻及動(dòng)應(yīng)力測(cè)量結(jié)果
從圖 5 中直接得到轉(zhuǎn)速、動(dòng)頻、動(dòng)應(yīng)力結(jié)果，可直接導(dǎo)入word 中編輯成數(shù)據(jù)表格。數(shù)據(jù)處理簡單，結(jié)果表達(dá)明確，也可以把圖表直接導(dǎo)入報(bào)告如圖8，測(cè)試結(jié)果具有很高的參考價(jià)值，對(duì)準(zhǔn)確分析葉片斷裂故障，提高發(fā)動(dòng)機(jī)工作可靠性，起到關(guān)鍵作用。
圖8 結(jié)果圖
6 結(jié)論
本文介紹了LMS-SCADSⅢ316硬件和測(cè)量軟件Signature Testing在航空發(fā)動(dòng)轉(zhuǎn)子葉片試車臺(tái)架上的實(shí)測(cè)應(yīng)用技術(shù)，系統(tǒng)簡單，測(cè)量快速、準(zhǔn)確、、可靠的解決了其應(yīng)力和振動(dòng)測(cè)量，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子部件臺(tái)架動(dòng)頻、動(dòng)應(yīng)力測(cè)量中有一定的參考價(jià)值。
航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片動(dòng)頻和動(dòng)應(yīng)力測(cè)量的zui主要特點(diǎn)是在高速旋轉(zhuǎn)下的測(cè)量。高速旋轉(zhuǎn)下測(cè)量一方面對(duì)傳感器（如應(yīng)變片）的安裝和防護(hù)，對(duì)連接電纜的安裝、焊接和防護(hù)等均提出了一些特殊的要求；另一方面對(duì)信號(hào)傳遞裝置（如引電器等）要求也較為苛刻；此外，由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的整機(jī)振動(dòng)激振源復(fù)雜，再加上噪聲，因此對(duì)其振動(dòng)信號(hào)的分析處理需要采用多種方法進(jìn)行反復(fù)研究比較，方可獲得比較理想的測(cè)試結(jié)果。
