基于HHT的航空发动机气动失稳信号时频分析方法

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1、第39卷第3期2013年6月航空发动机Aemen百neV01．39No．3Jun．2013基于HHT的航空发动机气动失稳信号时频分析方法郭贵喜，王振华，王洪祥，高辉国，薛秀生(中航工业沈阳发动机设计研究所，沈阳ll()015)摘要：针对航空发动机工作范围内存在的气动失稳现象，运用希尔伯特一黄变换(HHT)分析其信号的时变特征；通过对其处理非线性、非平稳信号分析新方法与其他时频分析方法的对比，并对HHT存在的问题进行针对性解决，使其适应航空发动机气动失稳数据分析的要求。并在Labv{ew平台上通过数字仿真试验实现和验证了HHT方法；

2、结果表明：此算法准确有效；通过航空发动机工程试验数据的处理过程，验证了HHT在处理此类相关问题时的可行性、适用性，同时指出其仍然存在的缺陷。关键词：时频分析；希尔伯特一黄变换；航空发动机；气动失稳郭贵喜(1980)，男，侦上，上程师，TIme—frequencyAnalysisMethOdofAeroengineAerodynamic从事航空发动机测试工作。Instabi

3、时SignaIBasedonHi

4、bert—HuangTransform收稿日期：2012一12一12GuoGui—Xi，wANGzhen—hua，wANGHo

5、ng一五ang，GAoHui—guo，XUEXiu—she“g(AVICshenyangEn百neDesignandResearchInstitute，shenyang110015，China)Abstract：Aimingataemdynamicinstabilityinaeroengineworkscope，thetimevaryings唔nalcharacteristicswereanalyzedbyHilbert—Huang‘I’ransfb丌n(HH町．Theanalysisnewmethodofnonlinearand

6、non—stationarysignalwascomparedwithothertime—fr_equencyanalysismethods．ThepmblemsofHHTweI℃solvedtoadaptthedataanalysisrequirementsofaemengineaemdynamicinstability．HHTmethodwasimplementedandverifiedonLabviewplatfo珊bythenumericalsimulationtest．Theresultsshowthemethodisa

7、ccurateandef亿ctiveandthep咖0ecttestdatapmcessingofaemengineispresented．TheHHTisfeasibilityandadaptabilitytosolverelativeproblems．TherearesomelittledefectionforHHTmethodalso．Keywords：time—frequencyanalysis；Hilben—Huang1'ransform；aemengine；aemdynamicinstability0引言航空发动机在其

8、工作范围内存在“旋转失速”和“喘振”2类气动失稳现象，危害性极大。目前，发动机失稳现象是世界各国航空科研人员研究的重要课题。发动机气动失稳产生的流路内压力脉动本质上是一种非线性，非平稳信号，特别是在过渡过程中时变性很强。采用普通的处理线性、平稳信号的分析方法有非常大的局限性。目前大多数时频变换方法存在着不足，如所使用的基函数固定不变，难以准确匹配信号中的时频结构，而且时频分辨率还受到Heisenberg不确定性原理的限制岬I等。本文应用希尔伯特一黄变换(HHT)对某型发动机压力脉动信号进行时频分析，提取信号的幅值和频率的时变特征，

9、并将分析结果和傅里叶变换分析方法进行对比。1传统的时频分析方法自然界中的信号几乎都是多种信号成分的叠加，既有平稳信号也有非平稳信号；信号既可能是线性的也可能是非线性的。传统的基于傅里叶变换的信号处理方法难以避免其局限性。它将信号从时域整个变换到频域，其谱分析仅能反映一段整体时间内所有频率与其幅值的对应关系，而对频率随时间的变化规律无法分析，也就是说它不能刻画出信号的频率等尺度在第3期郭贵喜等：基于HHT的航空发动机气动失稳信号时频分析方法63局部的瞬时特征。针对傅里叶变换不能反映信号瞬时特征的缺点，研究出多种时频分析方法。1．1短

10、时傅里叶变换短时傅里叶变换(STFTr)是1种最基本的时频分析方法。它通过1个滑动时窗，分段对信号进行傅里叶变换，实际上就是先对信号进行加窗处理，然后再进行傅里叶变换。这种方法在一定程度克服了傅里叶变换的缺点，实现了一定的分析信号局部特征的能力。但