[发明专利]压气机气动失稳信号的模拟方法

摘要

本发明提出一种压气机气动失稳信号的模拟方法，其属于叶轮机械防喘振技术领域。其步骤为(1)构建基本信号集{fi(t)}，由(a)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{si(t)}，(b)衰减正弦信号{gi(t)}，(c)半正弦脉冲{hi(t)}，(d)噪声{ni(t)}等4个子集构成；(2)选择基本信号；(3)波形变换和叠加，采用数乘变换、展缩变换、平移变换和时域叠加等运算。此方法可以用极小的成本产生大量的涵盖不同频率、幅值、失速先兆模式等特征的气动失稳信号，可用于压气机气动失稳检测/控制装置的考核和评估。

主权项

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{fi(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{si(t)}；(2)衰减正弦信号{gi(t)}；(3)半正弦脉冲{hi(t)}；(4)噪声{ni(t)}；衰减正弦信号{gi(t)}表示为：式中ζi为阻尼比，fi为频率，为初始相位；半正弦脉冲{hi(t)}表示为：式中Ti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{si(t)}中某一信号s1(t)相似、仅频率或幅值不同时，则从{si(t)}中选取该信号作为基本信号；2、若{si(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{hi(t)}，其中Ti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f(t)=[A1g1(t)+A1g2(t)][U(t)-U(t-TT3)]+Σi=0N[Ahhi(t-TT1-iTh)]·[U(t-TT1)-U(t-TT2)]+A3g3(t-TT2)[U(t-TT2)-U(t-TT3)]+A4[g4(t-TT3)-1]U(t-TT3)+Ann1(t)]]>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‑TT3)]     +A5g5(t‑TT1)[U(t‑TT1)‑U(t‑TT2)]     +A3g3(t‑TT2)[U(t‑TT2)‑U(t‑TT3)]     +A4[g4(t‑TT3)‑1]U(t‑TT3)     +Ann1(t)其中Th为突尖波出现的周期，N为出现突尖波的个数，TT1为失速先兆段开始时刻，TT2为失速段开始时刻，TT3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，Ah为突尖波的信号幅值，An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：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。