1 前言

轉(zhuǎn)子葉片的振動特性將直接影響發(fā)動機性能及發(fā)動機的可靠性和壽命。為正確評估發(fā)動機的的可靠性和壽命，需要進(jìn)行動頻、動應(yīng)力測量試驗分析轉(zhuǎn)子葉片的動頻、動應(yīng)力。轉(zhuǎn)子葉片工作環(huán)境惡劣：高轉(zhuǎn)速（12000 轉(zhuǎn)/分）、大交變應(yīng)力（頻率：8000Hz，應(yīng)力水平：400MPa）,給數(shù)據(jù)采集和分析提出了很高的要求，LMS-SCADSⅢ316 硬件和測量軟件Signature Testing 解決了問題。為準(zhǔn)確測量葉片在高頻振動下的應(yīng)力，為設(shè)計提供可靠性數(shù)據(jù)有著重要意義。

2 葉片靜頻及應(yīng)力分布測量

對轉(zhuǎn)子葉片先進(jìn)行了振動試驗，分別測定了葉片*階模態(tài)的頻率及振型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)激起同樣的葉尖振幅時，有幾種振型所需的激振力zui小，對這些振型重點測量。 由于受到引電器通道數(shù)的限制，需要盡量減少實測時葉片上的應(yīng)變片數(shù)目，因此，在振動臺上進(jìn)行的應(yīng)力分布試驗確定臺架實測時應(yīng)變片的具體粘貼位置及方向，只在zui大主應(yīng)力點上粘貼應(yīng)變片。

3 測試系統(tǒng)及測量方法

測試系統(tǒng)框圖如下：

圖1 測試系統(tǒng)框圖

圖2 引線圖

圖3 引線圖

數(shù)據(jù)處理方法

采樣的時間間隔 Δt 決定著采樣的質(zhì)量和數(shù)據(jù)處理的總時間。Δt 太小，會使x（nΔt）的數(shù)目劇增，增加了數(shù)據(jù)處理的工作量，并要求計算機的容量要大；但Δt 太大，會在原始數(shù)據(jù)中引起低頻和高頻分量的混淆，不能真實反映原信號x（t）的全部情況，影響分析的精度。LMS SCADSⅢ316每通道有獨立的16bitA/D,有DSP 功能，采樣頻率為200Ks/s，通過SCSI 接口直接傳送到硬盤。特別適合高速、大容量數(shù)據(jù)采集。

LMS 數(shù)據(jù)采集處理軟件具有實時顯示、數(shù)據(jù)記錄回放、工程量轉(zhuǎn)換、頻譜分析、三維瀑布圖分析等功能。在發(fā)動機開車過程中，將發(fā)動機從慢車到zui大狀態(tài)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)緩慢調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)采集處理軟件可采用發(fā)動機轉(zhuǎn)速實時跟蹤采集得到三維瀑布圖如圖4，分析振動頻率，判斷共振模態(tài)，可得到坎培爾圖。在共振點實時記錄測量葉片的應(yīng)力水平，回放處理得到測量結(jié)果如圖5。

圖4 三維瀑布分析圖

圖5 測量結(jié)果處理圖

由于試驗數(shù)據(jù)在測量過程中，不可避免會受到嚴(yán)重噪聲的干擾，特別是引電器在轉(zhuǎn)動中接觸電阻的變化導(dǎo)致的噪聲，這些異常假值造成時間歷程波形產(chǎn)生過高或過低的突變點，處理不好往往會嚴(yán)重歪曲數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。頻譜分析結(jié)果可以有效地避免引電器在轉(zhuǎn)動中接觸電阻的變化導(dǎo)致的噪聲，從圖6、圖7比較可以看出。

圖6 未接入引電器時的頻譜分析結(jié)果

圖7 接入引電器10000rpm 時的頻譜分析結(jié)果

5 葉片動頻及動應(yīng)力測量結(jié)果

從圖 5 中直接得到轉(zhuǎn)速、動頻、動應(yīng)力結(jié)果，可直接導(dǎo)入word 中編輯成數(shù)據(jù)表格。數(shù)據(jù)處理簡單，結(jié)果表達(dá)明確，也可以把圖表直接導(dǎo)入報告如圖8，測試結(jié)果具有很高的參考價值，對準(zhǔn)確分析葉片斷裂故障，提高發(fā)動機工作可靠性，起到關(guān)鍵作用。

圖8 結(jié)果圖

6 結(jié)論

本文介紹了LMS-SCADSⅢ316硬件和測量軟件Signature Testing在航空發(fā)動轉(zhuǎn)子葉片試車臺架上的實測應(yīng)用技術(shù)，系統(tǒng)簡單，測量快速、準(zhǔn)確、、可靠的解決了其應(yīng)力和振動測量，在航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子部件臺架動頻、動應(yīng)力測量中有一定的參考價值。

航空發(fā)動機葉片動頻和動應(yīng)力測量的zui主要特點是在高速旋轉(zhuǎn)下的測量。高速旋轉(zhuǎn)下測量一方面對傳感器（如應(yīng)變片）的安裝和防護，對連接電纜的安裝、焊接和防護等均提出了一些特殊的要求；另一方面對信號傳遞裝置（如引電器等）要求也較為苛刻；此外，由于航空發(fā)動機的整機振動激振源復(fù)雜，再加上噪聲，因此對其振動信號的分析處理需要采用多種方法進(jìn)行反復(fù)研究比較，方可獲得比較理想的測試結(jié)果。