[发明专利]压气机气动失稳信号的模拟方法

权利要求书

1.一种压气机气动失稳信号的模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：构建基本信号集{f_i(t)}：基本信号集由以下4个信号子集组成：(1)通过试验、CFD数值模拟或解析数值模拟获得的少量气动失稳信号{s_i(t)}；(2)衰减正弦信号{g_i(t)}；(3)半正弦脉冲{h_i(t)}；(4)噪声{n_i(t)}；

衰减正弦信号{g_i(t)}表示为：

式中ζ_i为阻尼比，f_i为频率，为初始相位；

半正弦脉冲{h_i(t)}表示为：

式中T_i为半正弦脉冲的宽度；

步骤2：取f(t)为要生成的气动失稳信号，并设定f(t)的特征参数；按照以下过程选择生成f(t)所需的基本信号：

1、若f(t)波形与{s_i(t)}中某一信号s₁(t)相似、仅频率或幅值不同时，则从{s_i(t)}中选取该信号作为基本信号；

2、若{s_i(t)}中无信号的波形与f(t)相似时，选取以下信号为基本信号：

(1)衰减正弦信号g₁(t)，其中ζ₁＝0，f₁＝信号f(t)的转子频率，

(2)衰减正弦信号g₂(t)，其中ζ₂＝0，f₂＝信号f(t)的叶片通过频率，

(3)衰减正弦信号g₃(t)，其中ζ₃取值范围[-1，0)，f₃＝信号f(t)的失速频率，

(4)衰减正弦信号g₄(t)，其中ζ₄取值范围[-1，0)，f₄＝信号f(t)的喘振频率，

(5)若信号f(t)的失速先兆段为突尖波，则选择半正弦脉冲{h_i(t)}，其中T_i取值范围[0.1，20]ms；若信号f(t)的失速先兆段为模态波，则选择衰减正弦信号g₅(t)，其中ζ₅＝0，f₅＝信号f(t)的转子频率的0.1～0.9倍，

(6)噪声信号n₁(t)，幅值为1；

步骤3：由基本信号波形变换和叠加得到信号f(t)：

1、若步骤2中基本信号为s₁(t)，则采用数乘变换改变信号幅值；展缩变换改变频率，得到信号f(t)：

f(t)＝As₁(t/b)

其中A为数乘系数，b为展缩系数；

2、若步骤2中基本信号不为s₁(t)，则进行如下波形变换：

若信号f(t)的失速先兆段为突尖波，则

$\begin{array}{c}f\left(t\right)=\[A_1{g}_1\left(t\right)+A_1{g}_2\left(t\right)\]\[U\left(t\right)-U(t-T_{T3})\]\\ +\underset{i=0}{\overset{N}{\Σ}}\[A_h{h}_i(t-T_{T1}-{\mathrm{iT}}_h)\]\·\[U(t-T_{T1})-U(t-T_{T2})\]\\ +A_3{g}_3(t-T_{T2})\[U(t-T_{T2})-U(t-T_{T3})\]\\ +A_4\[g_4(t-T_{T3})-1\]U(t-T_{T3})\\ +A_n{n}_1\left(t\right)\end{array}$

若信号f(t)的失速先兆段为模态波，则

f(t)＝[A₁g₁(t)+A₁g₂(t)][U(t)-U(t-T_T3)]

+A₅g₅(t-T_T1)[U(t-T_T1)-U(t-T_T2)]

+A₃g₃(t-T_T2)[U(t-T_T2)-U(t-T_T3)]

+A₄[g₄(t-T_T3)-1]U(t-T_T3)

+A_nn₁(t)

其中T_h为突尖波出现的周期，N为出现突尖波的个数，T_T1为失速先兆段开始时刻，T_T2为失速段开始时刻，T_T3为喘振段开始时刻，A₄为喘振段的信号幅值，A₃为失速段的信号幅值，A₁为稳定段的信号幅值的1/2，A_h为突尖波的信号幅值，A_n为噪声信号的幅值，A₅为模态波的信号幅值；U(t)是阶跃函数，函数表达式为：

$U\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}0& t\<0\\ 1& t\≥0\end{array}\right.;$

步骤4：重复步骤2～步骤3生成其它特征参数的气动失稳模拟信号。