基于机匣应变信号的航空发动机转静碰摩部位识别

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun252013V01．34No．61474．1484ISSN1000—6893CN11．1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．cahkxb@buaaedu．CR基于机匣应变信号的航空发动机转静碰摩部位识别于明月1，陈果1’*，刘永泉2，姜广义2，李成刚2，冯国全2，王德友21．南京航空航天大学民航学院，江苏南京2100162．中航工业沈阳发动机设计研究所，辽宁沈阳110015摘要：为有效识别航空发动机转静碰摩部位，提出基于机匣应变信号的航空发动机转静碰摩部位

2、识别技术。以应变片为敏感元件，采用沿机匣轴向、周向粘贴应变片两种实验方案，利用航空发动机转子试验器模拟大量不同碰摩部位的样本，采集航空发动机转子试验器机匣上的应变信号，提取应变的均值特征，利用支持向量机，识别不同碰摩位置。结果表明：沿机匣周向的应变均值特征可有效识别转静碰摩部位，且鲁棒性较好，且仅需在机匣的4个位置粘贴应变片即可对4个不同碰摩部位达到100％的识别率。沿机匣轴向的应变均值特征也可识别不同的碰摩部位，但识别效果不如沿机匣周向效果理想。关键词：航空发动机；碰摩部位识别；均值特征；机匣应变；支持向量机中图分类号：V2文献标识码：A文章编号：i

3、000—6893(2013)06—1474—11航空发动机转静间碰摩是一种严重故障，会导致转静间隙增大、轴承磨损、叶片折断直至机械失效。有效识别碰摩部位避免由于碰摩故障而造成的严重事故，不但具有很大的经济效益，同时对于发现碰摩原因和改进设计，提高航空发动机的工作安全性，防止重大事故的发生，有着重要的意义。目前对碰摩部位的识别主要有基于声发射技术的方法[1qJ，基于有限元模型的方法[5罐]，基于定子振动信号的方法p]。但这些方法由于技术不成熟，未考虑航空发动机的实际情况，因而难于应用于航空发动机转静碰摩部位的识别之中。现代大型航空发动机中，碰摩的主要原因

4、来源于转子不平衡、机匣变形以及支座不同心等。由于转子质量较大，机匣普遍采用薄壁结构，其质量较轻，碰摩力很难使转子反弹。因此，在航空发动机中，碰摩现象主要表现为偏磨，即基本上是在机匣固定位置碰摩，但是由于机匣变形不同、支座不同心的方向不同，其发生偏磨的部位将有所区别，因此，有效地诊断和识别出偏磨的位置，对于发现航空发动机偏磨故障的原因和改进设计具有重要意义。应变片尺寸小、重量轻、安装方便，不会影响构件的应力状态，可在各种复杂环境下测量。如在高温、低温、高速旋转以及强磁场等环境测量，因此广泛用于航空发动机的测试技术中。由于现代航空发动机普遍采用薄壁结构，在

5、碰摩作用下产生一定的变形，因此本文提出基于应变的测试方法来进行航空发动机的碰摩部位识别。考虑到实际航空发动机转静碰摩点在机匣整个圆周上均有可能发生，因此，本文设定了4个均收稿日期：2012—05—29；退修日期：2012—09—05；录用日期：2013—01—24；网络出版时间：2013—02．1914：36网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20130219．1436．004．html基金项目：国家自然科学基金(61179057)；国家安全重大基础研究项目(613139)*通讯作者．Tel：025—848

6、91850E-mail：cgzyx@263．net引用耱武：YuMY，thenG．LklYQ。etal?Aero—enginerotor-statorrubbingpositionidentificationbasedoncasingstrainsignalsActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2013，34(6)：1474—1484．f明月，睬果。刘永泉。等．基子祝匣应交信号的航空发动机转静碰摩部位识鼬．航空学报．2013，34(6)：1474—1484于明月等：基于机匣应变信号的航空发动机转静碰摩部位识别匀分布的

7、碰摩点和4个均匀分布的应变测试点，以期将碰摩部位定位到4个方向，并在此基础上进行碰摩实验和碰摩部位识别。由于实际航空发动机碰摩实验很难进行，本文利用在结构上与实际航空发动机接近的转子试验器进行碰摩实验，从转子试验器机匣获取应变信号，提取应变信号的平均值，并利用支持向量机对航空发动机的碰摩部位进行识别及验证。本文采用两种实验方案，并对两种实验方案的效果进行了对比分析。1应变测试1．1电阻应变计测量应变的原理应变电测技术适应性强，可在各种复杂环境下进行应力应变的测量，目前广泛应用于机械、国防和化工等领域。在利用应变片测量被测件的受力情况时，当被测件表面有微

8、小的机械变形时，粘贴于被测件表面的应变片敏感栅会随之变形，引起其阻值的变化n0。。设一金属电阻