一种发动机转子径向振动测量方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种发动机转子径向振动测量方法。
【背景技术】
[0002] 航空发动机转子系统故障可分为结构方面的、强度方面的和振动方面的，其中振 动方面的故障率最高。在发动机使用过程中，有多种原因可以引起转子振动:转子不平衡、 转静件碰磨、转子热弯曲、转子突加不平衡、转子裂纹、转子两向刚性差别过大、转子失稳、 转子支承不同心、转子支承结构间隙松动等。随着现代航空工业的迅猛发展，要求航空发动 机参数不断提高，由此引起的转子振动事故层出不穷，造成了巨大的经济损失，严重制约航 空发动机技术的发展，因此如何降低转子系统的振动，提高转子系统稳定性已经成为了一 项关键技术。
[0003] 针对发动机转子振动故障问题，首先可以通过优化发动机结构设计，其次可以通 过航空发动机转子系统主动抑振技术，无论采取哪种方式，前提都是要准确地感知和测量 转子振动信息。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种发动机转子径向振动测量方法，以解决【背景技术】中所存 在的至少一处的问题。
[0005] 本发明的技术方案是:提供一种发动机转子径向振动测量方法，包含以下步骤：
[0006] 步骤一:建立发动机转子径向振动模型，所述发动机转子至少含有四个叶片；
[0007] 步骤二:发动机转速为N时，利用电容传感器测量转子所有叶片的叶尖间隙值1 (i， N)和叶片到达时间值ti，N为发动机转速，l(i，N)为转子第i个叶片叶尖间隙值，ti为转子第i 个叶片的到达时间值；
[0008] 步骤三:根据所述步骤二中得到的发动机转速为N时的转子叶尖间隙值l(i，N)、转 子叶片到达时间ti，通过关系公式/_(i，.iV)=尺-r - (r' - r) _ cos(2被+，).拟合得到发动机转子 径向振动数据振动幅值、频率、相位及叶尖间隙直流量。
[0009] 其中，i为叶片序号，
[0010] N为发动机转速，单位为转每分，
[0011] t为发动机转子叶片到达时间，单位为秒，
[0012] 1为发动机转子叶尖间隙值，单位为毫米，
[0013] R_r为发动机转子叶尖间隙值直流量，单位为毫米，
[0014] V -r为发动机转子径向振动幅值，单位为毫米，
[0015] f为发动机转子径向振动频率，单位为赫兹，
[0016] P为发动机转子径向振动相位，单位为弧度；
[0017] 步骤四：通过所述步骤一至所述步骤三中的数据，利用处理软件绘制所述发动机 转子径向振动数据与发动机转子转速的对应关系图。
[0018] 优选地，所述步骤四中的发动机转子径向振动数据包括发动机转子振动频率、振 动幅值及相位。
[0019] 优选地，所述步骤四中的发动机转子振动数据与发动机转子转速的对应关系图包 括发动机转子径向振动频率与发动机转子转速的对应关系图，以及发动机转子径向振动幅 值与发动机转子转速的关系图。
[0020] 优选地，步骤二具体为，
[0021] 利用电容传感器测量发动机转子叶片的原始电容信号，并将原始电容信号传输至 信号处理系统；
[0022] 利用信号处理系统将原始电容信号转化为原始电压信号，并将原始电压信号传输 至数据采集系统；
[0023] 利用数据采集系统将原始电压信号转化为处理数据。
[0024] 优选地，步骤四中的处理软件选用LabVIEW或Matlab。
[0025] 本发明的有益效果:本发明发动机转子径向振动测量方法，可直接测得发动机转 子的径向振动，以获得发动机转子的径向振动信息，在发动机研发过程中，测得的发动机转 子径向振动信息可以作为设计发动机转子主动抑制振动系统的依据。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明一实施例的发动机转子径向振动测量方法的流程图；
[0027] 图2是图1所示的发动机转子径向振动测量方法所使用的系统示意图；
[0028] 图3是利用本发明的方法得到的某型发动机转子径向振动频率与发动机转子转速 的关系图；
[0029] 图4是利用本发明的方法得到的某型发动机转子径向振动幅值与发动机转子转速 的关系图；
[0030] 图5是本发明的发动机转子径向振动测量方法中转子径向振动示意图。
[0031 ]其中：1-发动机转子，2-传感器，3-信号处理器，4-数据采集系统，5-LabVIEW软件 系统，6-标定系统。
【具体实施方式】
[0032]为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中 的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类 似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用 于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人 员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下 面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0033]在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装 置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护 范围的限制。
[0034]如图1至图5所示，图1是本发明一实施例的发动机转子径向振动测量方法的流程 图；图2是图1所示的发动机转子径向振动测量方法所使用的系统示意图；图3是利用本发明 的方法得到的某型发动机转子径向振动频率与发动机转子转速的关系图；图4是利用本发 明的方法得到的某型发动机转子径向振动幅值与发动机转子转速的关系图；图5是本发明 的发动机转子径向振动测量方法中转子径向振动示意图。
[0035]步骤一:建立发动机转子径向振动模型，所述发动机转子至少含有四个叶片；
[0036]理想状态下，转子在机匣内是均匀转动的，转子各处叶尖与机匣内壁之间间隙是 均匀的。但是在工程实践中发现，转子并不是均匀转动的，而是偏心转动。
[0037] 转子径向振动运动模型如图5所示，双点划线圆为机匣内壁的机匣圆，圆心为0点， 半径为R，点划线圆为转子轮廓的转子圆，圆心为P点，半径为r。假设叶尖间隙传感器安装在 机匣的A点，转子上的C点扫过形成实线圆，圆心为0点，半径为V，直线A0与转子圆交于Q点， 与实线圆交于D点。当转子顺时针转动了 α度，转子由于偏心圆心达到了 P点，转子圆与实线 圆内切于C点。此时传感器测得的转子叶尖间隙值为：
[0038] d = do+d(a)
[0039]其中，do为机匣圆与实线圆半径差，d(a)为角度的函数
[0040] do = R-r7 [0041 ] (!(〇)=，-|〇Q /、' K+M2-1順2 {r'-rf +\〇?2 -r2
[0042] cos(a) = ^^^^--j-- 2\〇φ?\ 3k'-rp〇i
[0043] 即 10Q12-2 · (r7 -r)cos(a) | 0Q | +(17 -r)2_r2 = 0
[0044] 解上述方程得：
[0045] -r)'C〇s(a)±^r1 -[(r'-r)-sin(a)]"
[0046] 根据实际环境，取丨= (r' - ")· cos(r，) + yV2 - [(，' - r). sin(a)]_
[0047] 综上所述：
[0048] d = dQ +r - {rf - r)vG〇s(a)- ^/r2 - [(rf - r)· sin(a}]2
[0049] 由于-r，因此 j厂
[0050] 所以转子径向振动模型近似为：
[0051] d = R-r-(r7-r) · cos(a)
[0052] 发动机某一状态稳定运行时，均可视为常数，将上述公式表达为离散周 期函数形式，即：
[0053] /(/,/V) = /?-r-(rf-r)O〇s(2^/. -\-φ)
[0054] 其中，l(i，N)为速度为Ν时，发动机转子第i个叶片的叶尖间隙值，单位为毫米，
[0055] i为叶片序号，t为发动机转子叶片到达时间，单位为秒，
[0056] R-r为发动机转子叶尖间隙值直流量，单位为毫米，