脉冲爆震发动机爆震声音信号分析

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1、20¨E■37■■1目vol37N01F曲2011脉冲爆震发动机爆震声音信号分析章雄伟。何立明。曾昊．罗俊空军工程大学工程学院，西安710038章雄伟(19671．男，副教授．研究方向为脉冲爆麓发动机关羹技术。基盒项目：空军工程大学学术基金xS0901009I资劫收稿日期：2010-05-19摘要：通过爆霹试验测得T爆熏#音数据。对单姨爆震日声音数据进*博i叶l换发现．蟮震声音数据十包含7与Ⅱ∞＆措十目样的i《#；倍挺+m％一直镕为嘬声处4的爆蕞声音教据目H月来辅鼬分析爆震发动机性№．对蟒震分析和故障诊断起到袒极作用。关键谰：脉冲爆量发动机；爆震声音；博里叶变换；主频Deto

2、r=ationAudioDataAnalysisonPulseDetonationEngineZHANGXmngwei．HELimingZENGHao，LUOJuⅡClnsti—ofE蟛一g-AirF。KeE“P“ee“I】gUnivemlty．Xian．710038，China)A嘲rad：珏e女⋯Haudio柑B⋯口u胖dbydewn=ion船cnP如t口ier￡mn咖⋯Pe咖mwdmlb5Ⅲ出女⋯nm“妇datc--nP肼ultsmd⋯l^Ⅲthe&to．ionaadio‰⋯thej耐。P册叫丘q”，w，andmf‘脚k—ig⋯q。thesel"theP⋯m拙4whic

3、h⋯^Ⅲthe出⋯audiodata肼beⅢ“lo^e抽口—F1唧由⋯⋯胛。pe咖⋯⋯d鼬“P∞n“，P啦hI州女l帅d删∞如“帅d^№dbqFm“Keywo『ds：pulsedelonmner日ino；detonationaudio；fOu^erlmnsfommainfrequency1引言2试验装置与方法脉冲爆震发动机噪声辐射特性研究非常必要。由于爆震渡从喷口传出到已燃气体完全排出喷口的时间很短，脉冲爆震发动机的噪声属于脉冲噪声。由于，相对在故障诊断时无法测量或精度无法达到的其他诊断信号而言，爆震发动机的声音信号不但测量容易，而且包含巨大的信息，因而采用不断成熟的盲源分离

4、等分析手段，通过多点采集然后儿声音信号中分离出有用信号，对故障诊断等具有实际意义。本文主要对爆震的声音信号的时域和频域进行柳步分析“。脉冲爆震发动机原理样机试验4啭置由供气系统、燃油供给系统、爆震起爆及频率控制系统、数据采集系统和压力测试系统组成，如图l所示。域同圈1脉冲爆震发动机模型试瞻装置爆震管由混台室和爆震燃烧室组成。整个爆震管盘盟王野歪1矗Ⅱ工E匾Ⅱ五王垂压目函K165em．其中混合室15cm．爆震燃烧室150cm。爆震管内径3rm，外径4cm，由无缝钢管制成。爆茬室头部封阿1，尾端敞口．在混合窒出u处附近安装有能量可调的高能变频起爆点火器，其点火频率可在l～200H

5、z内根据需要调节，点火能量为0～6J。使用汽油作为燃料，压缩空气为氧化剂。在i{；}爆震管轴向I、2位置处布有压力传感器安装座(图I)，分别距离点火器30、80Cnl。在混合室头部采川直射式喷嘴供油，沿埘向2个对称位置有2路气路采用切向进气．以加强气流的紊流度．促进燃料的雾化及萁与宅气的掺混，可迅速形成均匀的可爆混合气。以元阀式爆震燃烧室为试验平台，汽油和空气作为燃料和氧化剂，-者连续供^爆震室．利用问歇式点火来控制发动机的循环频率”l，声音采集系统由声音传感器(指向性较强的麦克风1和Pc声音采集软件组脚1。利用该试验平台，翘幡T爆震燃烧室的卢音数据．并对试验数据进行了频域分

6、析”。3试验结果与分析31单次爆震试验单次爆震时，声音的时域信号以及频域信号如图2所示，fn)时域信号lbl频域信号图2单攻爆曩时的爆震声音波骺在图2(a1中，声音信号幅值在开始阶段变化不大；但在079s时，爆震点火，由于油气混合物被点燃．发生爆燃，声音幅值突升，之后逐渐下降到噪声的幅值范围。从如图2蚴所示的声音信号频谱中可见，爆震声音信号的频率大部分分布在7kHz以下．为了更清楚地分析频谱，对其局部进行了放大．如图3所示。从图3中可见，在1000Hz以下存在多根频谱线。最强的频谱线出现在110Hz处．同时还存在倍频、3倍频和多倍额，井且幅值随着倍频的增加而减小。己日，己9n

7、02n4⋯O#十，LII‘囤3单次爆曩声音频谱(局部放大为r更清楚地分析声音信号的本质，对单次爆震的爆震压力数据进行频谱分析．如图4所示。从如图4(b惭示的局部放大图可见，在1000Hz以下时．压力信号的频谱只有I根较高的频谱线．该频谱线的频率为1093Hz，与声音信号的主颇(110Hz)基本一致，所以攥震声音信号腺r噪声外还包含r很有用的真实爆震信号。从故障诊断的意义上来说．倍频是1种有力手段．在传统涡喷发动机的几种典型模式1中，转子倍频的不同特征代表了不同的故障模式．因此，在爆震声音数据中发现的主频