基于Lyapunov指数谱的转子-机匣系统故障诊断研究

发展了基于Lyapunov指数谱的航空发动机转子-机匣系统故障诊断方法。基于实测的航空发动机机匣振动时间序列求解了系统不同状态的Lyapunov指数谱;基于Lyapunov指数谱,应用最大Lyapunov指数和Lyapunov指数谱图对航空发动机转子-机匣系统进行了故障诊断。研究结果表明:航空发动机机匣振动时间序列在不同状态下具有不同的Lyapunov指数谱,即可以Lyapunov指数谱作为故障诊断的特征量。     

基于Lyapunov指数能谱分布的转子-机匣系统故障诊断研究

提出了基于Lyapunov指数能谱分布的航空发动机转子-机匣系统故障诊断新方法.基于相空间重构,在优选重构参数的基础上,计算得到了某型航空发动机不同故障状态下机匣实测振动信号时间序列的Lyapunov指数谱;提出并定义了Lyapunov指数能、Lyapunov指数能谱、Lyapunov指数能谱分布的概念,获得了某型航空发动机在不同故障状态下的机匣实测振动信号时间序列的Lyapunov指数能谱及其分布,并基于此Lyapunov指数能谱分布对航空发动机转子-机匣系统进行了故障诊断和状态识别.研究结果表明:航空发动机机匣振动时间序列在不同状态下具有不同的Lyapunov指数能谱及其分布,即可以Lyapunov指数能谱及其分布作为识别其状态的特征量,为航空发动机转子-机匣系统的故障诊断和状态监控提供了新的可靠的方法.     

某型航空发动机台架试车异常振动故障诊断

基于某型航空发动机机匣实测振动信号的分析和该型发动机结构特点的剖析,对该型发动机某次试车振动异常现象进行了研究。研究结果表明,低压涡轮支承间隙和偏心量差是引起异常振动的主要故障原因。同时表明,结合现代信号处理技术和正确的分析思路,能够较为快速准确地定位故障,避免盲目的分解检查。     

薄壁机匣发动机轴承位置不平衡响应矢量逆推方法

整机动平衡相较传统工艺动平衡可大幅提高整机不平衡振动控制效率;由于发动机振动测点位于薄壁机匣支承结构表面,无法直接测得轴承位置的不平衡响应矢量,使整机动平衡难度增大。为此,提出一种基于机匣外部测振信号的轴承位置不平衡响应矢量逆推方法;虑及薄壁机匣支承结构动力特性的影响,通过仿真分析结合试验获得测点振动响应与轴承位置不平衡激励之间的影响函数矩阵;利用该函数矩阵及机匣外部振动测点实测响应逆推轴承位置不平衡响应矢量。通过对典型双转子发动机高保真机匣系统的数值仿真分析,验证了该方法的有效性;对于实现发动机转子不平衡矢量逆推以及整机振动控制具有工程应用价值。     

基于机匣振动信号的滚动轴承故障特征提取

通过进行带机匣测点的滚动轴承故障模拟实验,获取滚动轴承在故障状态条件下,轴承座测点和机匣测点的振动数据。分析结果显示,相对于轴承座,机匣上的振动信号成分复杂,轴承故障特征不明显,直接进行包络解调无法提取故障特征。通过奇异值分解(singular value decomposition,SVD),差分谱中各峰值处奇异值可以表征不同成分的信号。当轴承故障信号微弱时,第一个峰值处的奇异值重构信号往往代表转频及其调制信号分量,选取该靠后峰值处的奇异值进行信号重构可以有效提取轴承故障特征信号。研究内容为实际基于机匣测点信号的航空发动机滚动轴承故障特征提取提供了一种新的方法。     

基于LabVIEW2010的发动机振动信号采集系统的开发与研究

根据目前发动机的诊断方法与发展状况,结合虚拟仪器的优点,介绍利用LabVIEW2010建立一种新的汽车发动机振动信号采集系统.通过对该采集系统的硬件选择、连接以及上位机程序的详细介绍,说明了使用LabVIEW2010建立数据采集系统的重要性和必要性.实验证明:该系统不仅可以实时地采集发动机振动时的信号,同时在采集的过程中可以对信号及其功率谱进行观测,并可将采集的信号进行存储,以便后续分析.     

某航空发动机整机系统非线性振动特性分析

以某型号航空发动机整机振动试验台为研究对象，建立了简化的整机动力学模型，考虑中介轴承的非线性弹性恢复力，运用 Newmark?β 与 Newton?Raphoson 法结合进行数值求解，通过对比整机系统中高低压转子处与机匣测点处的非线性振动响应，分析了中介轴承间隙对整机系统非线性振动响应的影响规律。结果表明，随着中介轴承间隙的增大，可能导致整机系统出现振动突跳、双稳态、高低压转子耦合程度降低以及组合共振等现象，其中机匣能够反映内部转子的振动特性，但机匣不同位置测点的情况不同，总体上中后测点在转子出现非线性振动特性时也能观测到相应的非线性振动特性，特别是在出现组合共振时能够表现出更为丰富的组合频率信息。研究结果有助于认识中介轴承非线性对航空发动机整机系统尤其是机匣的非线性振动特性影响规律，对航空发动机机匣上测点位置的选择能提供一定的指导。     

航空发动机转子早期裂纹故障振动特征的维谱分析

针对航空发动机转子早期裂纹故障难以检测的特点首先,根据转子裂纹扩展机理,建立早期裂纹转子振动分析理论模型,提出利用112维谱对早期裂纹振动信号进行分析。然后,利用112维谱分析法对早期裂纹转子理论模型和早期裂纹转子故障实验数据进行了具体分析。理论模型和实验数据分析结果都表明:应用112维谱对实际发动机转子早期裂纹故障信号进行分析,不仅能够得到一般频谱分析法难以获得的故障特征频率,还能对混叠噪声信号进行降噪。因此,112维谱能够有效的诊断航空发动机转子裂纹故障,在航空发动机故障诊断中具有一定的应用价值。     

航空发动机转子早期裂纹故障振动特征的1(1/2)维谱分析

针对航空发动机转子早期裂纹故障难以检测的特点首先,根据转子裂纹扩展机理,建立早期裂纹转子振动分析理论模型,提出利用112维谱对早期裂纹振动信号进行分析。然后,利用112维谱分析法对早期裂纹转子理论模型和早期裂纹转子故障实验数据进行了具体分析。理论模型和实验数据分析结果都表明:应用112维谱对实际发动机转子早期裂纹故障信号进行分析,不仅能够得到一般频谱分析法难以获得的故障特征频率,还能对混叠噪声信号进行降噪。因此,112维谱能够有效的诊断航空发动机转子裂纹故障,在航空发动机故障诊断中具有一定的应用价值。     

基于高阶累积量的柴油发动机曲轴轴承故障特征提取

利用基于高阶累积量降维处理的1.5维谱、2.5维谱分析曲轴轴承不同磨损间隙下的发动机振动信号,提取曲轴轴承磨损故障的特征参数,有效地解决了高阶累积量计算量巨大,难以实现在线应用的缺点。试验时将振动加速度传感器放置在发动机缸体的5个不同的位置测取振动信号并分析,提取高阶谱降维处理后的特定频段内的频带能量作为特征值。结果表明,本文提出的方法能够有效地抑制噪声的干扰,提取出的特征参数能够较好地反映曲轴轴承的技术状态,且当发动机转速达1300r/min以上,振动加速度传感器置于油底壳与缸体接缝处的左右两侧时,采集的振动信号最能反映曲轴轴承的技术状况。     

Multiple Sinusoidal Vibration Test Development for Engine Mounted Components

Durability testing is required before vehicle launching to prevent failure before designed life. Limited publications were found on specifying vibration testing to validate durability and reliability of engine mounted components. These published test methods did not consider engine firing order effects and oversimplified the vibration profiles. In this paper, a new ordered multiple sinusoidal vibration test method is proposed to improve the existing procedures. The test method is designed to fulfill an infinite life durability requirement for engine mounted components subjected to a four-stroke internal combustion engine vibration. An innovative test development procedure, based on engine vibration field data, is illustrated in details in this paper. The ordered multiple sinusoidal vibration test method covers the choice of sweep type, sweep time, frequency range, vibration magnitude and profile, and test duration. Instead of obtaining the vibration magnitude directly from order analysis results, vibration magnitudes are determined by fully analyzing the vibration data in both time domain and frequency domain. Test profiles designed by enveloping method are proposed for a better represent of the engine excitations.     

滚动轴承转子系统不对中-碰摩耦合故障非线性动力学分析

为了获取转子系统不对中-碰摩耦合故障下的动力学特性,通过拉格朗日待定乘子法建立了在完整约束下滚动轴承转子系统非线性动力学微分方程,采用龙格库塔数值法研究了不对中-碰摩耦合故障下系统的动力学响应,采用时域图、轴心轨迹图、分叉图、Poincare截面图和FFT谱图分析了不对中度、碰摩刚度和碰摩间隙对转子振动响应的影响。分析结果表明:不对中度的增大会使系统1倍频振动响应增大,也会产生2倍、4倍等偶数倍频,同时出现与VC(Varying Compliance)频率之间的组合频率响应。在低转速下,碰摩刚度和碰摩间隙对转子系统的影响较小;在高转速下,较小的碰摩刚度和较大的碰摩间隙会缓解系统的非线性行为。     

挤压油膜阻尼器同心度及碰摩对转子振动特性的影响

为了探明挤压油膜阻尼器存在不同心度以及碰摩故障时转子系统的振动特性,建立了带挤压油膜阻尼器的转子系统动力学模型,考虑了阻尼器不同心度以及油膜环碰摩故障等因素,并搭建实验器系统进行了实验验证。理论分析与实验结果表明,转子涡动半径越大,阻尼器的安装不同心度对转子振动影响越强;挤压油膜阻尼器不同心度越大,转子振动幅值越小,但非线性振动风险迅速增加;阻尼器偏心比过大时油膜内、外环可能发生碰摩,激起转子反进动固有频率,且振动幅值表现出剧烈波动现象。     

非对称温度场对高压转子系统碰摩响应的影响

实际作业的转子系统在发生碰摩故障的同时,经常要承受非对称、非稳定温度场的作用,势必要改变转子系统的碰摩响应特性。以某型航空发动机高压转子系统为研究对象,建立了高压转子停车后自然对流的流-热耦合模型,研究了高压转子不同停车时刻自然对流的流体速度和温度分布。在此基础上,建立了非对称温度作用下具有多自由度的连续转子碰摩响应的有限单元模型,对多种忽略和考虑自然对流温度场影响的碰摩响应结果进行了对比研究。结果表明,当考虑停车温度场影响时,高压转子的碰摩响应增大了系统振动响应的振幅,改变了轴心轨迹的分布,频谱图上的出现了丰富的由碰摩力和非对称温度场所激发的频率成分,振动情况更加复杂。     

基于刚柔耦合的重型汽车前组合灯振动控制

为解决某重型汽车前组合灯在发动机怠速时振幅过大的实际问题,建立前组合灯支架的有限元模型,通过模态分析发现其1阶振型与实车振型相似,1阶模态频率与发动机怠速时的激励频率相近。建立振动系统的刚柔耦合动力学模型,仿真结果验证在发动机怠速时的激励频率输入下振动系统在开始阶段发生近似拍振现象,而且1阶模态参与因子在系统振动中的贡献率最大。根据模态分析理论设计前组合灯辅助支架,使系统基频避开发动机怠速和常用转速时的激振频率,经过再次仿真分析和实车试验验证,系统振幅控制在合理的范围内。     

Investigation on a thermoacoustically driven pulse tube cooler working at 80 K

The pulse tube cooler (PTC) driven by a thermoacoustic engine can completely eliminate mechanical moving parts, and then achieves a simpler and more reliable device. A Stirling thermoacoustic heat engine has been constructed and tested. The heat engine can generate a maximal pressure ratio of 1.19, which makes it possible to drive a PTC and get good performance. Frequency is one of the key operating parameters, not only for the heat engine but also for the PTC. In order to adapt to the relatively low design frequency of the PTC, the operating frequency of the thermoacoustic heat engine was regulated by varying the length of the resonance tube. Driven by the thermoacoustic engine, a single stage double-inlet PTC obtained the lowest refrigeration temperature of 80.9 K with an operating frequency of 45 Hz, which is regarded as a new record for the reported thermoacoustically driven refrigerators.     

2.4 L汽油机噪声及其频谱特性的影响因素分析

对结构相同但材质及工艺不同的A、B两台样机进行噪声水平对比分析的基础上,着重分析影响样机A噪声频谱特性的主要因素。结果表明：与着火频率相关的发动机基频振动和进排气侧表面的辐射噪声是主要噪声源;而混合气浓度以及点火时刻虽影响中高频范围的燃烧噪声,但对基频成分无影响。转速越高、负荷越大,基频峰值越高。因此,改善进排气系统的结构刚度、各缸均匀化的控制策略以及曲轴的减振是降低整机噪声水平的有效措施。     

Investigation on Axial Displacement Fault Mechanism Based on Dynamic Characteristic Coefficients Identification of Tilting-Pad Thrust Bearing

To prevent the thrust bearing damage faults, the thrust bearing pad temperature and the static axial displacement variation are usually monitored and cared about, but axial vibration caused by axial dynamic excitation can also result in the severe rubbing. An electric oil pump system with overflow valve is designed on a similar industrial centrifugal compressor test-rig to apply the axial low-frequency excitation from 3 to 7 Hz, and the axial and radial vibration response amplitudes are analyzed. Then, the stiffness and damping coefficients of tilting-pad thrust bearing (TPTB) are identified by instrumental variable filter (IVF) algorithm to reveal the mechanism of TPTB dynamic characteristics affecting axial vibration. Finally, a fault case about surge and the rubbing of thrust bearing is studied. Compared with axial vibration, radial vibration does not directly correlate to axial excitation, and the axial frequency spectrum is an effective method to diagnose axial displacement faults; the static axial load, the dynamic excitation amplitude and the excitation frequency all exert influence on thrust bearing dynamic characteristics and axial vibration response. The research results can guide the design of thrust bearings and help to diagnose the axial displacement faults, while the test device and method can be used to measure the static and dynamic characteristics of thrust bearings.     

基于模糊神经网络的液体火箭发动机振动检测

液体火箭发动机振动检测涉及部件振动数据的收集、振动特征的抽取与度量以及度量结果的决策。基于模糊神经网络提出了一种发动机振动故障检测的基本系统。这种技术的吸引力在于：神经网络采用可变模糊集代表发动机工作模式，自然地提供了反映故障程度的有用信息；神经网络的离线学习算法可以从训练样本中提取振动知识；神经网络的监测算法不仅能正确预报故障，同时也能对新的振动信息进行在线学习。实验研究结果表明：模糊神经网络可以成功地用于泵压式液体火箭发动机热试车的振动故障检测。     

直升机传动系统扭转振动的分析

为了获得直升机传动系统扭转振动的特性,对直升机传动系统的扭转振动进行了计算和分析.在简化传动系统结构的基础上,将直升机传动系统划分为若干个轴段和圆盘的子系统,根据振型叠加原理,得到了直升机传动系统扭转振动的解,分析了传动系统的扭转频响函数.结果表明:传动系统扭转频响函数幅值的峰值出现在低阶固有频率附近;不同频率激振源的部件引起传动系统同阶扭转共振时,发动机的转速不等,发动机到激振源部件的传动比大,发动机的转速高;在同阶扭转共振中,桨叶引起传动系统扭转共振时,发动机的转速最高.