[发明专利]一种振动叶片表面非定常压力测试系统及测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于振动叶片表面非定常压力的测试系统及测试方法，特别是基于一种外置压力传感器和管传递函数信号修正的振动叶片表面非定常压力测试系统及测试方法。

背景技术

振动叶片表面非定常压力是由叶片振动诱导的随时间变化的周期性气动压力，而非定常压力测试系统是获得旋转机械振动叶片气动弹性分析中关键参数-气动阻尼的必备的测试系统。

通常传统的国外的叶片表面非定常压力测试系统使用内置于被测叶片内的微型高频压力传感器，使用加速度仪同步振动位移与测量压力信号之间的相位差。由这种测试系统所获得的压力信号给出的振动结构整体气动阻尼值的精度，不能完全符合用于工程上叶片振动应力定量分析以及气动弹性稳定性判断的精度要求，也不能完全符合用于校核计算流体动力学(CFD)数值模拟模型的精度要求。主要有以下缺点：测量叶片表面非定常压力所需的微型高频压力传感器的尺寸限制了叶片表面填埋压力传感器的数目，以致获取的叶片表面非定常压力的空间分辨率较低，从而使叶片整体气动阻尼的精度降低。而且微型高频压力传感器的安装无法保持叶片原有型面的形状，会对流体的流动状态造成影响；还需要额外的工作消除温度、安装应力和振动加速度对微型高频压力传感器测量精度和耐久性的影响；微型高频压力传感器的价格非常昂贵；特别使用加速度仪同步振动位移与压力信号之间相位差的方法，一方面，占用了有限的测量通道数，另一方面，增加了测量数据后处理的困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种振动叶片表面非定常压力测试系统及测试方法，在提高测试参数的空间分辨，从而提高叶片整体气动阻尼的精度的同时，可以在线监测被测信号的测试质量，提高测量精度，减少测量误差，且后续处理简单，节省周期。

本发明技术解决方案：一种振动叶片表面非定常压力测试系统，测试实验台、连接管传递函数测试和分析系统、离线数据分析系统；

所述测试实验台，包括被测振动叶片1、直流并励电机及控制系统2、光电探测系统3、压力传感器系统4、数据采集接口系统5、数据采集和监控系统6、测试计算机7；直流并励电机通过曲柄连接机构与叶栅中的被测振动叶片1相连接；被测振动叶片1表面上装备有多个测点，所述测点通过测点与传感器间连接管22与由放置在被测振动叶片1外的多个传感器组成的传感器系统4连接；压力传感器系统4通过数据采集接口系统5、数据采集和监控系统6与测试计算机7连接；数据采集和监控系统6通过数据采集接口系统5的外部触发器接口获得光电探测系统3测量的被测振动叶片1的振动频率，判断是否与预设频率值相符，如果不相符，则数据采集和监控系统6将信号送入直流并励电机及控制系统2，通过电机控制器调节直流并励电机转速，直到符合预设频率值；同时数据采集和监控系统6按照预设测试周期值采集由压力传感器系统4测量的被测振动叶片1表面非定常压力，并对采集的N_enb组测量数据进行相加并除以测试周期值N_enb，得到测量数据的相位锁定周期平均结果，将此结果送入测试计算机7中，测试计算机7在线判断结果数据的测量质量，若测量结果数据不符合要求，则将判别结果返回数据采集和监控系统6，数据采集和监控系统6根据判别信息重新采集数据；如果测量结果数据合格，将判别结果返回数据采集和监控系统6，数据采集和监控系统6则进行新一组测点的测量，直到一个气动工况下，叶片表面所有的测点测量完毕，然后根据需要进行下一个气动工况下叶片表面非定常压力的测量；

所述连接管传递函数测试和分析系统包括连接管传递函数测试装置23和连接管传递函数分析系统10；所述连接管传递函数测试装置23用于获得连接管22传递函数的两组测量数据，即扫频压力信号和由连接管22造成畸变后的扫频压力信号，并提供给连接管传递函数分析系统10；所述连接管传递函数分析系统10根据所述两组测量数据计算多个测点与传感器间连接管22的振动叶片非定常压力信号失真的修正信息，提供给离线数据分析系统；

一种振动叶片表面非定常压力测试方法，实现步骤如下：

步骤1：将叶栅中的被测振动叶片1采用铰链安装在风洞外壁上，直流并励电机通过曲柄连杆机构与被测振动叶片1相连接；

步骤2：电机控制器输出控制命令驱动直流并励电机，直流并励电动机再驱动被测叶片，以模拟振动叶片三维弯曲振动；

步骤3：光电探测系统3采集被测振动叶片1的振动频率和振动相位锁定的信息通过数据采集接口系统5的外部触发器接口送入数据采集和监控系统6；