轴流压气机旋转失速建模与检测II: 基于北航低速压气机试验台的实验研究

轴流压气机旋转失速和喘振的提前检测对于提高压气机工作效率和稳定性具有重要的意义.本文以北京航空航天大学航空发动机重点实验室的低速轴流压气机实验台为研究对象,基于确定学习理论及动态模式识别方法,开展旋转失速初始扰动近似准确建模和快速检测研究.首先,在压气机机匣壁面周向布置多个动态压力传感器,获取压气机失速前和失速先兆的动态压力信号,基于确定学习理论对旋转失速初始扰动的内部系统动态进行建模;其次,基于以上建模,利用微小振动故障检测方法实现对旋转失速的离线和在线提前检测.实验结果表明,本文所提方法能够在不同转速情况下,提前0.3 s~1 s实现对旋转失速的实时在线检测.     

轴流压气机旋转失速建模与检测:基于确定学习理论与高阶Moore-Greitzer模型的研究

喘振和旋转失速是轴流压气机研究领域中重要而困难的问题. 本文基于确定学习理论及动态模式识别方法提出一个旋转失速初始扰动 近似准确建模和快速检测的方法. 首先,基于高阶Moore-Greitzer模型（Mansoux模型）,利用确定学习理论提出一个对旋转失速初始扰动的内在系统动态的近似准确建模方法;其次,基于以上近似准确建模,利用 动态模式识别方法提出一个对旋转失速初始扰动的快速检测方法. 基于MIT的Mansoux-C2模型仿真研究验证了 所提方法的有效性. 最后,在北京航空航天大学航空发动机重点实验室的低速轴流压气机试验台上开展了试验研究. 通过对低速轴流压气机试验台参数进行测量,得到基于北航低速轴流压气机试验台的Mansoux模型. 通过对基于北航试验台Mansoux模型进行仿真研究,验证了所提方法的有效性.     

非恒定转速下压气机动态模型的建立与仿真

研究了轴流式压气机在非恒定转速条件下的动态建模问题.采用模块化的建模方法在原MG模型的基础上详细地推导了模型的改进部分,并对改进后的模型进行了仿真分析与验证.改进的MG模型将压气机转速(或B参数)作为除压气机压升、平均流量和流量扰动之外的另一个状态变量,使压气机动态模型更加接近实际情况.仿真结果表明,改进模型能较好地描述轴流式压气机的失稳现象(旋转失速与喘振),可以应用于压气机系统稳定性分析、失速/喘振预测以及主动控制等方面的研究.     

轴流压气机失速与喘振的发生与对策分析

轴流压气机不稳定的工作形式通常表现为旋转失速和喘振,这是限制压气机稳定工作范围的两大因素。把压升作为反馈信号,通过补偿节流阀系数值的方式,对旋转失速和喘振进行控制,够增加压气机的喘振裕度,消除失速时伴随的迟回效应。     

旋转环境下基于FPGA的多通道数据采集系统设计

为了满足某大型旋转机械设备在监测过程中实时性高精度多通道的采集需求,提出了一种基于FPGA的多通道振动信号采集检测系统的设计方案。系统采用主/从式FPGA架构,在强噪声环境下实现了采样频率为100 kHz的128通道并行实时数据采集功能。然后通过设计一种参数可调的随机共振信号检测系统,提高了信号信噪比,增强了系统在旋转环境下检测的准确性。经测试验证,该系统具有良好的实时性、稳定性和有效性。     

带有弯曲静子的压气机数值仿真

针对某两级低速轴流压气机第一级静子通道小流量范围内存在轮毂-角区失速现象,为了提高压气机的效率,采用计算流体力学方法,对第一级静子进行了不同的弯曲变化数值仿真,分析研究了静子弯曲对压气机性能和轮毂-角区失速的影响。结果表明,弯曲叶片能够通过改变静子轮毂表面静压分布,减缓低能流体的横向流动,从而有效地抑制小流量范围内的轮毂-角区失速,压气机的压比和效率得到较大的提升。     

压气机气动失稳故障的声学诊断技术研究进展

基于声学原理和声学信号进行压气机气动失稳故障诊断具有重要的研究价值，对基于声学信号的压气机失稳监测和预警技术开展了回顾与总结。首先介绍了常见的气动失稳故障，包括失速、喘振和旋转不稳定性的发声机理与信号特征，然后介绍和总结了国内外关于基于声学信号开展压气机气动失稳故障监测、诊断和预警方法的最新研究进展。结果表明：进入气动失稳状态的压气机，在声音特征上通常表现为低频能量增加、周期性破坏和特定模态分量幅值变化。通过对声信号的深入研究分析，建立机理与信号特征的联系，有望设计出更加准确、灵敏的压气机失稳故障检测方法。未来一段时间内，研究如何在包含噪声与混响的信号中提取出用于失稳诊断的信号特征以及发展相应数据集以支撑数据驱动的失稳检测方法将是声学失稳检测技术面临的重大问题。     

多核技术在动态模式识别算法中的应用

利用LabVIEW多核编程环境,采用曙光16核服务器作为硬件平台,实现了动态模式识别下的多模式快速识别。同时,以压气机Mansoux模型为应用背景,设计压气机旋转失速识别快速检测系统,该系统解决了基于确定学习理论的多模式识别算法中涉及的大量计算问题,实验结果和性能分析进一步验证了该检测系统的快速性和可行性。     

某型压气机失速先兆研究

压气机失速时,其流场压力信号会发生变化,这种压力信号的特征频率固定在某一频率范围内.利用小波多分辨分析方法,提取包含特征频率的细节信号,并对该细节信号进行统计分析,得出稳定工作状态及失速状态信号的方差范围,由此确定滤波的阈值.通过阈值滤波,可以确定失速先兆信号及其出现的时刻.分析表明,该方法是有效的、可行的.     

轴流压气机转子叶顶间隙流动结构及机理研究

研究某轴流压气机叶顶复杂流动问题,为深入了解压气机叶顶泄漏流流动机制和引发失速的机理,对一亚音速轴流压气机进行全工况数值仿真与试验测量。提出通过对比试验数据和分析泄漏流的流动特性,随着压气机负荷的提高,泄漏流方向的改变引起叶顶堵塞区增大,并诱发压气机失速。采用不同工况下叶顶流场进行仿真对比分析。仿真结果表明,泄漏流与主流相互作用形成泄漏涡,距前缘40%弦长范围内泄漏流影响泄漏涡形态变化,其余部分泄漏流主要通过周向输运低能流体进一步堵塞通道;叶顶压力分布是决定泄漏流方向的主要因素。