基于振动能量积奇异值分解的航空发动机振动状态识别

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1、第42卷第3期2016年6月航空发动机AeroengineV01．42No．3Jun．2016基于振动能量积奇异值分解的航空发动机振动状态识别秦海勤，徐可君(海军航空工程学院青岛校区航空机械系，山东青岛266041)摘要：为进一步提高航空发动机振动状态监测的有效性和故障诊断的准确性，将机匣截面振动信号的各谐波轴心轨迹椭圆长短轴乘积看成广义时间序列。基于该序列能够全面反映发动机转子系统各谐波能量分布的客观事实，利用其构造矩阵并提取奇异值向量。借助于该向量构造特征值，通过比较特征值向量实现对发动机不同振动状态的识别。对实测振动信号的分析表明：在同一振动状态下，各数据

2、椭圆长短轴乘积相对奇异值强度具有相同的变化趋势和良好的稳定性；在不同振动状态下，椭圆长短轴乘积相对奇异值强度变化趋势不尽相同；通过椭圆长短轴乘积奇异值相对距离熵能够较好地识别发动机各振动状态。关键词：振动能量积；奇异值分解；状态识别；振动信号；航空发动机中图分类号：V23文献标识码：Adoi：10．13477／j．cnki．aeroengine．2016．03．008RecognitionofDifferentVibrationStatesofAeroengineBasedontheVibrationEnergyProductSVDQINHai—qin，XUKe

3、-jun(DepartmentofAviationMechanism，QingdaoBranchofNavalAviationEngineeringInstitute，QingdaoShandong266041，China)Abstract：Inordertoimprovetheaccuracyofvibrationmonitoringandfaultdiagnosisofaeroengine，anewvibrationstaterecognitionmethodwasbroughtout．Basedonthefactthatthedifferentharmon

4、icenergyofaeroenginerotorsystem，themethodcanbecompletelypresentedbytheproductofmajoraxisandminoraxisofshaftcenterlineorbitellipse．Differentharmonicproductsweretreatedasgeneraltimeseries．TheSVDtheoremwasusedtothearraywhichwasformedbythetimeseries．Differentvibrationstatesofaeroengineca

5、nbeidentifiedbycharacteristicvectorwhichwasderivedfromeigenvaluesofthearray．Themethodwasusedtoanalysistherealtestingdata．Theresultshowsthattherelativeintensityofproductsingularvaluehasthesamevariedtendencyandbetterstabilityinthesamevibrationstate，whilethetendencyisdistinctindifferent

6、statesanddifferentvibrationstatescanberecognizedbytherelativedistanceentropies．Keywords：vibrationenergyproduct；singularvaluedecomposition；staterecognition；vibrationsignal；aeroengine0引言受航空发动机自身安装空间的限制，目前主要通过安装在发动机机匣上的传感器拾取其振动信号进行监测【湖。但由于机匣自身质量和刚性分布的不均匀性使得静子机匣不同截面或同一截面不同方向的振动有所差异M，加之发动

7、机工作过程中存在各种噪声影响，这种差异会被进一步放大。为提高振动监测的有效性，一些军用航空发动机将其振动传感器置于靠近发动机重心位置主安装节处的中介机匣上。由于主安装节的影响，使得中介机匣同一截面不同方向的振动差异更大。因此，为进一步提高航空发动机振动状态监测的有效性和故障诊断的准确性，应将机匣同一截面不同方向的振动综合考虑。众所周知，通过机匣拾取的振动信号包含有转子系统的正进动和反进动[8-11】。而由正反进动合成的轴心运动轨迹椭圆及其长、短轴对转子截面都是惟一的。由此可见，轴心轨迹椭圆长短轴的乘积(本文称之收稿日期：2015—11-20基金项目：航空动力基础

8、研究项目资助作者简介：秦