[发明专利]利用倒频谱识别航空发动机转静碰摩部位的方法

说明书

技术领域

本发明公开了利用倒频谱识别航空发动机转静碰摩部位的方法，属于航空发动机故障诊断的技术领域。 

背景技术

转静碰摩故障是包括航空发动机在内的高速旋转机械的常见强非线性故障，具有严重的危害性，会导致转静间隙增大、轴承磨损、振动增大、叶片折断直至机械失效。现代大型航空发动机中，碰摩的主要原因来源于转子不平衡、机匣变形以及支座不同心等。由于转子质量较大，机匣普遍采用薄壁结构，其质量较轻，碰摩力很难使转子反弹。因此，在航空发动机中，碰摩现象主要表现为偏磨，即基本上是在机匣固定位置碰摩，但是由于机匣变形不同、支座不同心的方向不同，其发生偏磨的部位将有所区别，因此，有效地诊断和识别出偏磨的位置，对于发现航空发动机偏磨故障的原因和改进设计具有重要意义。 

倒频率可以非常有效的处理复杂频谱内包含的周期分量，其对边频成分具有“概括”能力，能较明显地显示出频谱上的周期成分，将原来频谱上的成族边频带谱线简化为单根谱线。在地震、雷达、声学、讯号处理、影像及故障诊断领域均有广泛应用。但目前基于倒频谱的方法还并未在航空发动机的碰摩部位识别中得到应用。 

在本发明之前，目前碰摩部位识别的方法主要有两大类，一为基于声发射技术的方法，如何田，刘耀光，陈亚农等发表于航空动力学报上的“基于声发射波束形成法的转静子碰摩故障定位”二为基于有限元模型的方法，如褚福磊，发表于声学上的“基于动刚度的多盘转子系统碰摩部位识别”(Chu F,Lu W.Determination of the rubbing location in a multi-disk rotor system by means of dynamic stiffness identification[J].Journal of Sound and Vibration,2001,248(2):235-246)。 

但声发射技术极易受噪声影响，其特征参数常常无法反映设备的真实状态，从而影响定位精度，且声发射技术需要专门的设备仪器，现场使用并不方便。而基于有限元模型的方法计算量庞大，并不适合现场实时监测，且能否正确建立有限元模型非常依赖于工程。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了利用倒频谱识别航空发动机转静碰摩部位的方法。 

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案： 

利用倒频谱识别航空发动机转静碰摩部位的方法，包括如下步骤： 

步骤1，采集航空发动机正常运行状态及不同部位碰摩时安装于机匣表面加速度传感器的输出信号； 

步骤2，利用倒频谱分析法处理步骤1中所述的加速度传感器输出信号，提取加速度传感器输出信号的特征值； 

步骤3，按照步骤2所述的加速度传感器输出信号特征值建立不同碰摩部位的样本集，并将所述样本集划分为训练样本和测试样本； 

步骤4，利用分类算法对训练样本进行训练和测试，通过交叉验证法获取识别碰摩部位的最优分类器，所述分类器即可实现碰摩部位识别。 

所述利用倒频谱识别航空发动机转静碰摩部位的方法中，步骤2的具体实施方法如下： 

步骤2-1，处理步骤1所述的加速度传感器的输出信号得到离散时间信号，对所述离散时间信号进行离散傅立叶变换得到与离散时间信号相应的频域信号； 

步骤2-2，根据步骤2-1所述与离散时间信号相应的频域信号、采样周期及数据长度计算功率谱密度函数； 

步骤2-3，由步骤2-2所述的功率谱密度函数得到倒频谱，所述倒频谱包括：零倒频率成分、碰摩激励力倒频率成分、碰摩点到响应测点传递路径的倒频率成分； 

步骤2-4，选取步骤2-3所述倒频谱中零倒频率点后的M个倒频谱点对应的倒频谱值，用选取的倒频谱值构成转静碰摩部位识别的特征向量，M为大于9且小于21的整数。 

所述利用倒频谱识别航空发动机转静碰摩部位的方法中，步骤2所述的加速度传感器输出信号特征值为倒频谱的实部值或倒频谱的幅值。 

所述利用倒频谱识别航空发动机转静碰摩部位的方法，步骤2-4中，M的取值为20。 

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果： 

1、现场使用简单方便，附加成本低廉。只需在机匣外部安装加速度传感器，与声发射技术相比不需要专门的仪器设备。 

2、不易受噪声影响。与声发射技术相比不需要精确的定位信号，抗干扰能力更强。