非接触式数字光纤叶片测振系统研究及应用

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1、2010年■36曩一1期V01．36No．1Feb．2010非接触式数字光纤叶片测振系统研究及应用胡伟。王德友。杜少辉。蔚夺魁(沈阳发动机设计研究所。沈阳110015)胡伟(1964)，女。自然科学研究员。从事航空发动机旋转件测试技术研究。1引言旋转叶片振动测量是在研和现役航空发动机叶片耐久性评估和安全性监测的重要测试项目之一。在这方面，应变量电测法是目前应用最广泛、在试验技术上已非常完善的接触式测量方法，能较好地确定叶片的振动特性和响应结果：但是，应变计在贴片引线和引电器安装过程中需对机械结构进行改装，而且，监测叶片数量受限会影响整级叶片最大振动应摘要：应用非接触式数字光纤叶片测振系统对叶片

2、整数阶次振动(共振)与非整数阶次振动进行了分析。通过模拟试验器和台架压气机试验证明，应用该系统以及相关算法可以有效测量、监测和分析叶片共振和颤振等非整阶次振动，能较准确地评估叶片振动特征；其结果与应变片测量结果一致。关键词：旋转叶片；共振；测量系统；数字光纤；整数阶次；非整数阶次；非接触式；应变片InvestigationandApplicationofNon-ContactDigitalOpticalFiberRotorBladeVibrationMeasurementSystemHUWei，WANGDe—you，DUShao—hui，YuDuo-kui(ShenyangAeroengine

3、ResearchInstitute，Shenyangl10015，China)Abstract：Theanalysisofintegerorderandnon-integerordervibrationsforrotorbladewerepe咖rmedbynon-contact蜊optic脚errotorbladevibrationmeasurementsystem．Thesimulatedandcompressor—富testresultsindicatethatthenon-integerordervibrationsuchasbladere$oD．oz配eandflutterareeff

4、ectivelymeasured,monitoredandanalyzedusingthissystemandtherelatedalgerithmandthebladevibrationcharacteristics帆accurateZyestimated．Theresultisconsistentwiththemeasurementofthestraingauge．Keywords：rotorblade；resonance；measurementsystem；digitalopticfiber；integerorder，non-integerorder，non-contact；strain

5、gauge力测量的准确性，应变计、引电器的改装成本、安装周期和使用寿命都会限制其应用。为此，自20世纪70年代开始，美国、德国、日本、荷兰等国家先后开展了非接触式叶片振动测量技术研究。美国国家技术研究中心、AEDC组织将非接触式叶片振动应力测量系统简称为NSMS(NoninterferenceStressMeasurementSystem)系统，德国MTU公司则简称为OBM(OpticalBladeVibrationMeasuremento该种测量系统和技术已广泛应用于航空发动机、电站燃气轮机叶片振动监测中。本文介绍了非接触叶片振动胡伟等：非握囊式数字辫纤叶尾溺振系统研夯爱应用测试系统的原理，

6、全面总结了非接触式数字光纤叶片测振系统在发动机台架试车与压气机试验中的应用经验，对测量的各种叶片振型与应变片测试的结果进行了比较。2非接触式叶片振动测试系统原理非接触式叶片振动测试系统由光纤传感器、光电变换器、信号预处理器、计数器卡、叶片振动数据采集分析软件组成，如图1所示。图1非接触式叶片振动测试系统非接触式叶片振动测试原理如图2所示。叶尖振幅传感器安装在被测级叶片机匣上方，定位参考传感器安装在转子上；计算叶尖振幅传感器测出的脉冲与转速脉冲的时间间隔，当叶片振动时，叶尖沿旋转方向发生偏移，到达传感器的时间发生改变，由此‘得到叶片振幅、相位、频率等振动变化参数。图2测试原理假设叶片为简谐振动，

7、叶尖振动位移可表示为t=Olto。呵’(2)x=toRr’(3)式中：n，为叶片振动频率；p为从参考点到传感器的角度；f为叶片从参考点到传感器的时间；菇为叶尖位移；口为叶片振幅；r’为叶尖振动产生的时间漂移。将式(2)、(3)代人式(1)中得到∞。Rr7=口sin((詈乳“11+911＼＼∞。。(4)考虑到折7<<1，sin(O．gf7)一研’，COS(OJ口"’)*1，可得出r’=者sin(詈“