一种双转子航空发动机时变振动贡献量检测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空发动机振动信号分析领域，具体涉及一种双转子航空发动机时变 振动贡献量检测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 航空发动机是飞机的动力来源（包括为飞机提供推力、电力、液压、气源等能源）， 其稳定可靠地工作是飞机完成预定任务、保证飞行安全的基本保障。航空发动机的振动问 题，是影响航空发动机可靠运行的突出问题，振动监控与振动分析是解决该问题的有效手 段。
[0003] 双转子航空发动机振动激励源复杂，当发生振动超标或者振动问题时，理清主要 激励源是双转子航空发动机的什么部件或组件，并定量计算其时变振动贡献量，是进行振 动消减与故障诊断的有效手段。同时，航空发动机的振动状态随运行时间发生变化。因此， 定量分析时变振动贡献量对于双转子航空发动机振动消减与故障诊断起关键性作用。
【发明内容】
[0004] 针对上述部分问题，本发明提供一种双转子航空发动机时变振动贡献量检测方 法，用于检测双转子航空发动机时变振动贡献量。
[0005] 一种双转子航空发动机时变振动贡献量检测方法，所述方法包括以下步骤：
[0006] SlOO :将时域振动信号变换成振动信号的时频表不；
[0007] S200 :根据振动信号的时频表示，计算振动信号的时频总能量，计算表达式如下：
[0008]
【主权项】
1. 一种双转子航空发动机时变振动贡献量检测方法，其特征在于，所述方法包括以下 步骤： SlOO :将时域振动信号变换成振动信号的时频表示； 栏马的Fkf概丰i々+智挺封1/圭马的Fkf概台铃兽々+智丰:士If/riTC.
式中，Isx(t，f) I为时频表示的模，叫}为复数的实部，3{?丨为复数的虚部； S300 :根据振动信号的时频表示以及高低压转子各自的转速，计算振动信号中与高低 压转子相关的振动信号成分的时频能量；所述振动信号成分包括高低压转子各自的转频成 分、二倍频成分、分数倍频成分，高低压转子各阶和频成分、各阶差频成分；计算表达式如 下：
式中，C表示某个待计算的振动信号成分，f；(t)为双转子航空发动机振动信号中该振 动信号成分对应的瞬时频率信息，1为时频能量计算频带的半带宽，所述f u值的选取以能 够包含计算C的能量的最小范围为准； S400 :根据振动信号的时频总能量以及各振动信号成分的时频能量，计算振动信号中 与高低压转子相关的振动信号成分的时变振动贡献量；计算表达式如下：
式中，c表示某个待计算的振动信号成分。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，步骤SlOO具体实现为应用短时 傅里叶变换将时域振动信号变换成振动信号的时频表示，所述短时傅里叶变换的表达式如
式中，Sx(t，f)为振动信号x(t)的短时傅里叶变换时频表示结果，其中t为时间变量， f为频率变量，gi3(t)为短时傅里叶变换的参数化窗函数，其中σ为尺度参数。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤SlOO之前，安装振 动传感器和转速传感器来获取振动信号和高低压转子的转速。
4. 一种双转子航空发动机时变振动贡献量检测系统，其特征在于，所述系统包括时频 变换与能量计算装置和时变振动贡献量计算装置； 所述时频变换与能量计算装置用于计算振动信号的总能量以及各振动信号成分的时 频能量；所述振动信号成分包括高低压转子各自的转频成分、二倍频成分、分数倍频成分， 高低压转子各阶和频成分、各阶差频成分； 所述时变振动贡献量计算装置用于计算振动信号中与高低压转子相关的振动信号成 分的时变振动贡献量。
5. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述时频变换与能量计算装置的工作过 程包括： PlOO :将时域振动信号变换成振动信号的时频表示； P200 :根据振动信号的时频表示，计算振动信号的时频总能量，计算表达式如下：
式中，Isx(t，f) I为时频表示的模，叫}为复数的实部，3{_}为复数的虚部； P300 :根据振动信号的时频表示以及高低压转子各自的转速，计算振动信号中与高低 压转子相关的振动信号成分的时频能量；所述振动信号成分包括高低压转子各自的转频成 分、二倍频成分、分数倍频成分，高低压转子各阶和频成分、各阶差频成分；计算表达式如 下：
式中，c表示某个待计算的振动信号成分，f；(t)为双转子航空发动机振动信号中该振 动信号成分对应的瞬时频率信息，1为时频能量计算频带的半带宽，所述f u值的选取以能 够包含计算c的能量的最小范围为准； P400:将所述振动信号的时频总能量和振动信号中与高低压转子相关的振动信号成分 的时频能量传给所述时变振动贡献量计算装置。
6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述时变振动贡献量计算装置接收所述 时频变换与能量计算装置传来的振动信号的总能量以及各振动信号成分的时频能量，计算 振动信号中与高低压转子相关的振动信号成分的时变振动贡献量；计算表达式如下：
式中，c表示某个待计算的振动信号成分。
7. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，过程PlOO具体实现为应用短时傅里叶变 换将时域振动信号变换成振动信号的时频表示，所述短时傅里叶变换的表达式如下：
式中，Sx(t，f)为振动信号x(t)的短时傅里叶变换时频表示结果，其中t为时间变量， f为频率变量，gi3(t)为短时傅里叶变换的参数化窗函数，其中σ为尺度参数。
8. 根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括信号获取装置，所述装置 通过为双转子航空发动机安装振动传感器和转速传感器来获取振动信号和高低压转子的 转速。
【专利摘要】本发明公开了一种双转子航空发动机时变振动贡献量检测方法及系统，用于检测双转子航空发动机高低压转子各自振动对航空发动机总振动的振动贡献量，所述方法将时域振动信号变换成时频表示，并计算振动信号的时频总能量和所述振动信号中与高低压转子相关的振动信号成分的时频能量，进而计算出所述振动信号中与高低压转子相关的振动信号成分的时变振动贡献量。所述系统基于所述方法实现，方便对所述时变振动贡献量的计算，为在线定量分析提供支持。本发明可以快速判断双转子航空发动机高低压转子振动相对状态，从而指导航空发动机振动超标排故。
【IPC分类】G01H17-00
【公开号】CN104634445
【申请号】CN201510039184
【发明人】陈雪峰, 王诗彬, 张晗, 丁宝庆, 同超玮
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月27日