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基于参考键相动态追踪的无转速叶尖定时测量方法

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推进技术 2024年

作者：周凯乔百杰刘美茹代江波卫靖澜陈雪峰西安交通大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室中国航发四川燃气涡轮研究院西安交通大学机械工程学院

针对叶尖定时系统在测量转子叶片振动过程中转速同步传感器安装困难的问题，提出基于参考键相动态追踪的叶尖定时测量方法。假设整级转子叶片间存在随机失谐，则在变转速工况下各叶片并非同时达到共振状态，在每转内，利用各叶片到达传... 详细信息

针对叶尖定时系统在测量转子叶片振动过程中转速同步传感器安装困难的问题，提出基于参考键相动态追踪的叶尖定时测量方法。假设整级转子叶片间存在随机失谐，则在变转速工况下各叶片并非同时达到共振状态，在每转内，利用各叶片到达传感器的实测到达时间，计算叶片在相邻叶尖定时传感器间的局部平均转速与转子整圈平均转速的偏差值，判断同级所有叶片的振动状态，选择几乎不振动的叶片作为该圈的参考键相，计算目标叶片在该圈的振动位移值，依此类推，计算各圈目标叶片的振动位移，实现转子叶片在无转速参考下的非接触式振动测量。试验验证结果表明，与传统叶尖定时方法相比，利用该方法计算出的叶片振动位移所辨识出的叶片振动频率相对误差小于0.2%，振动位移相对误差小于10%，说明基于参考键相动态追踪的叶尖定时测量方法不仅能在无转速参考的情况下准确计算出叶片的振动位移，更能准确地辨识出叶片振动参数。

关键词：叶尖定时无转速参考参考键相参数辨识非接触式振动测量

基于声学信息的航空发动机压气机旋转失速空间特征实验研究

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推进技术 2024年

作者：李行健乔百杰文璧李镇东刘元是陈雪峰西安交通大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室中国航发四川燃气涡轮研究院太行实验室

航空发动机压气机旋转失速是一种严重的气动失稳现象，目前的研究以采用侵入式压力传感器测得信号进行时频分析为主，而对其空间特征的研究不足。本文开展某型发动机3.5级压气机逼喘试验，在进气口机匣周向均匀布置32个声阵列传感器，在... 详细信息

航空发动机压气机旋转失速是一种严重的气动失稳现象，目前的研究以采用侵入式压力传感器测得信号进行时频分析为主，而对其空间特征的研究不足。本文开展某型发动机3.5级压气机逼喘试验，在进气口机匣周向均匀布置32个声阵列传感器，在9800 r/min的转速下匀速关闭节流阀，对逼喘过程中的声信号进行测量。采用频谱分析、互功率谱和短时傅里叶变换方法，对旋转失速及其先兆特征进行辨识。结果表明：压气机在进入旋转失速前存在7.73EO和8.48EO（EO为转频）的非同步压力脉动，其周向传播速度大于转速；在旋转失速发生前65转时出现了模态波先兆，其空间特征表现为一个低压区域以0.67倍转速沿着周向稳定传播；旋转失速发生后，失速气团以0.45倍转速沿着周向传播，模态波的空间特征与失速气团的空间特征相同，均占据了一半的叶片通道。通过对旋转失速先兆的监测可以实现失速气团特征的预测。

关键词：压气机旋转失速非同步压力脉动模态波先兆声阵列相位分析

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智能分拣垃圾桶的设计与实践

电子技术 2024年第4期 106-109页

作者：张育林刘宁艳乔百杰卢政昕张明一西安交通大学

阐述通过分析当前的垃圾分类需求，设计一款基于视觉识别技术，能够智能识别与分拣垃圾的垃圾桶，使用树莓派作为控制器，对投入垃圾进行自动识别与分拣，从而辅助进行垃圾分类。系统已经在综合工程训练实践课程中进行应用，取得良好的... 详细信息

阐述通过分析当前的垃圾分类需求，设计一款基于视觉识别技术，能够智能识别与分拣垃圾的垃圾桶，使用树莓派作为控制器，对投入垃圾进行自动识别与分拣，从而辅助进行垃圾分类。系统已经在综合工程训练实践课程中进行应用，取得良好的效果。

关键词：控制技术垃圾分类垃圾回收视觉识别树莓派

基于熵变匹配追踪的叶端定时数据缺失识别方法研究

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计测技术 2024年第2期44卷 32-39页

作者：杨志勃吴淑明乔百杰王亚南陈雪峰西安交通大学航空动力系统与等离子体技术全国重点实验室陕西西安710049

为解决叶端定时系统在实际应用中存在的数据缺失问题,提出基于熵变匹配追踪的叶端定时数据缺失识别方法。该方法利用相关熵诱导度量基于高斯核函数度量样本的权重。不同于正交匹配追踪对所有观测数据赋予相同权重,熵变匹配追踪基于相关... 详细信息

为解决叶端定时系统在实际应用中存在的数据缺失问题,提出基于熵变匹配追踪的叶端定时数据缺失识别方法。该方法利用相关熵诱导度量基于高斯核函数度量样本的权重。不同于正交匹配追踪对所有观测数据赋予相同权重,熵变匹配追踪基于相关熵诱导度量变化,对观测数据赋予不同范数类型的权重,使得其对异常值具有较好的鲁棒性。通过仿真分析与实验对该方法的性能进行验证,结果显示所采用的熵变权重因子为数据缺失位置分配了接近于零的权重,有效降低了数据缺失对特征提取结果的影响,证明了该方法的鲁棒性。基于熵变匹配追踪的叶端定时数据缺失识别方法为叶端定时系统的装机应用提供了理论支撑,具有技术借鉴价值。

关键词：叶端定时数据缺失特征识别熵变匹配追踪

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基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构

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振动与冲击 2023年第9期42卷 123-134页

作者：李志国乔百杰朱昱达周凯陈雪峰西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710061

提出一种基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构方法。使用D优化设计方法确定最优测点布置方案,根据模态扩展方法构造加速度响应扩展矩阵,从而实现由优化布置的有限测点的加速度响应重构机械结构全场加速度响应,并使用有限... 详细信息

提出一种基于测点优化与模态扩展的机械结构振动响应全场重构方法。使用D优化设计方法确定最优测点布置方案,根据模态扩展方法构造加速度响应扩展矩阵,从而实现由优化布置的有限测点的加速度响应重构机械结构全场加速度响应,并使用有限元分析软件读取重构的加速度响应,实现机械结构响应全场可视化。开展板结构数值仿真分析和振动响应重构试验,验证了当结构处于多模态共振或非共振状态下机械结构振动响应全场重构方法的有效性和鲁棒性。进一步,通过分析各阶加速度模态贡献量,精准选择主要振动模态分析机械结构的振动响应,实现了基于更少测点的振动响应全场重构。

关键词：振动响应全场重构 D优化设计模态扩展响应全场可视化

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叶尖定时技术在转子叶片故障排除中的应用

航空动力学报 2022年第12期37卷 2818-2829页

作者：刘美茹郜伟强范毅郭宇星焦江昆乔百杰西安交通大学机械工程学院西安710049 中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500 中国航发西安航空发动机有限公司西安710021

介绍了基于叶尖定时的非接触振动测试系统的基本原理和数据分析方法,并将之应用于某型航空发动机压气机第5级转子叶片掉块故障分析。通过优化传感器的轴向分布和周向布局,分别测量3类叶片(原型、优化和削角)前缘和尾缘位置高阶振动信息... 详细信息

介绍了基于叶尖定时的非接触振动测试系统的基本原理和数据分析方法,并将之应用于某型航空发动机压气机第5级转子叶片掉块故障分析。通过优化传感器的轴向分布和周向布局,分别测量3类叶片(原型、优化和削角)前缘和尾缘位置高阶振动信息,包括共振转速、频率和幅值。分别对比原型、优化叶片的前缘和尾缘测试结果,每类叶片的前缘和尾缘位置的共振幅值基本一致;对比3类叶片的前缘位置振动参数,优化叶片的共振转速较原型叶片有所增加,削角叶片的共振转速较优化叶片有所增加;对比原型、优化叶片尾缘位置振动参数,优化叶片的共振转速较原型叶片有所增加。可以判断:原型叶片发生疲劳断裂主要原因是其在工作转速4200 r/min出现高阶模态共振现象;优化叶片的共振转速较原型叶片增加40~80 r/min,叶片故障率降低,而削角叶片的共振转速较原型叶片增加140~180 r/min,且对应尾缘位置削角,可以排除叶片掉块故障。

关键词：叶尖定时转子叶片高阶模态共振转速共振频率

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基于叶端定时的转子叶片裂纹监测与诊断

推进技术 2022年第2期43卷 368-376页

作者：许敬晖乔百杰刘美茹郜伟强陈雪峰西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049 中国航发四川燃气涡轮研究院四川成都610500

为了实现转子叶片裂纹非接触式监测,提出基于?0范数的叶端定时欠采样信号稀疏重构算法。针对叶端定时信号欠采样问题,建立欠采样信号稀疏表示模型,利用分块正交匹配追踪算法对叶端定时欠采样信号进行分段重构,进而监测在变转速非稳态工... 详细信息

为了实现转子叶片裂纹非接触式监测,提出基于?0范数的叶端定时欠采样信号稀疏重构算法。针对叶端定时信号欠采样问题,建立欠采样信号稀疏表示模型,利用分块正交匹配追踪算法对叶端定时欠采样信号进行分段重构,进而监测在变转速非稳态工况下转子叶片动频的变化情况,据此判断转子叶片是否产生裂纹。针对应变片信号间隔采样的特点,研究基于同步提取变换的时频分析方法,以提高时频图的时频聚集性。开展旋转叶片裂纹扩展试验,同时采用叶端定时和应变片系统测量叶片振动。对比叶端定时和应变片的分析结果,二者均可在裂纹叶片断裂之前至少20min,监测到裂纹叶片和正常叶片的动频发生分离的现象,即裂纹萌生致使叶片动频发生偏移,表明所提出的叶端定时欠采样信号重构方法能够实现转子叶片裂纹的监测与诊断。

关键词：叶端定时转子叶片稀疏重构频率辨识裂纹扩展监测

基于叶端定时的转子叶片动应变重构不确定性量化

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航空动力学报 2022年第7期37卷 1456-1468页

作者：陈雷乔百杰敖春燕符顺国刘美茹陈雪峰西安交通大学机械工程学院西安710049 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710061 中国航空发动机集团有限公司四川燃气涡轮研究院成都610500

基于叶片非接触式动应变重构理论,开展动应变重构不确定性量化方法研究。基于方差合成定理建立重构叶片动应变不确定性量化分析模型;以模拟转子叶片为研究对象,开展旋转叶片叶端定时试验,利用周向傅里叶算法获取不同叶端定时传感器布局... 详细信息

基于叶片非接触式动应变重构理论,开展动应变重构不确定性量化方法研究。基于方差合成定理建立重构叶片动应变不确定性量化分析模型;以模拟转子叶片为研究对象,开展旋转叶片叶端定时试验,利用周向傅里叶算法获取不同叶端定时传感器布局下的测点振幅,通过最大熵方法拟合振幅分布概率密度函数,确定叶端定时测振的不确定性参数;结合Kriging代理模型和试验共振频率数据对叶片有限元模型进行修正,获取关键测点位移-应变转换因子,并获取考虑共振转速以及测点位置不确定性的转换因子不确定性参数;获取重构动应变的均值、标准不确定度和包含区间,与应变片测量数据作对比。结果表明,除5号叶片A测点外,测量动应变均位于重构动应变的95%置信度下的包含区间内,且所有叶片的应变片测点动应变重构误差不超过15%。

关键词：叶端定时动应变重构不确定性量化最大熵方法 Kriging代理模型

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发动机涡轮转子叶片叶尖定时信号干扰与抑制

航空动力学报 2023年第8期38卷 1826-1836页

作者：刘美茹郜伟强代江波刘佳蓬卫靖澜乔百杰西安交通大学机械工程学院西安710049 中国航发四川燃气涡轮研究院成都610500

介绍转子叶片叶尖定时非接触测量原理及光纤传感器工作特点。将带冷却的光纤传感器应用于发动机涡轮转子叶片振动测试,获取高温高转速叶尖定时信号。结果显示,转速大于12513 r/min(叶片测试位置工作温度1326 K)时,脉冲信号出现严重干扰... 详细信息

介绍转子叶片叶尖定时非接触测量原理及光纤传感器工作特点。将带冷却的光纤传感器应用于发动机涡轮转子叶片振动测试,获取高温高转速叶尖定时信号。结果显示,转速大于12513 r/min(叶片测试位置工作温度1326 K)时,脉冲信号出现严重干扰,系统无法完成阈值触发和到达时间计时。分析干扰产生原因,提出降低干扰的滤波和蓝光发射方法,开展发动机涡轮转子叶片非接触测振试验,结果表明:滤波仅能够抑制红光辐射,12513 r/min以上信号干扰有所改善,12605 r/min(叶片测试位置工作温度1375 K)以上仍存在干扰;滤波结合蓝光发射能有效解决高温高转速下的干扰问题,12702 r/min(叶片测试位置工作温度1388 K)以下,叶尖定时信号脉冲波形较好,系统可有效实现阈值触发和到达时间计时。

关键词：叶尖定时光纤传感器涡轮转子叶片辐射抑制振动测试