动态复杂路径下航空发动机声发射信号传播特性研究

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航空发动机是最为复杂和精密的高端动力机械,对飞行安全意义重大。由于航空发动机长期在恶劣环境中进行高空作业,受到自身运转和环境因素的影响,会发生机械结构故障。航空发动机的运行状态尤其是故障状态会产生声发射信号,利用声发射信号对其进行状态监测和故障诊断是一个具有前景的研究方向。本文针对航空发动机声发射信号在动态复杂路径下的传播问题进行了基础性研究,旨在为航空发动机优化传感器布置和利用声发射技术实现航空发动机上的故障识别提供可行性思路。具体研究内容如下:  (1)针对航空发动机声发射信号动态传播问题,开展了航空发动机正常状态下的动态测试实验。实验设置了三种不同的转速条件,采集了航空发动机处于正常运转状况时的声发射信号,通过频谱分析,找到了动态条件下声发射信号运转特征;实验结果表明,转速对声发射信号的特征频率影响较小,航空发动机具有稳定的动态特征频率,表明了航空发动机声发射信号动态传播特性的研究具有可行性。  (2)针对航空发动机传播路径复杂的问题,在Ⅰ级动叶上设置了裂纹和外物损伤故障源,开展了声发射信号在航空发动机上的传播特性研究。基于Ⅰ级动叶到机匣这一复杂传播路径,进行了全路径信号传播实验;通过声发射波形及参数分析、频谱分析进行了初步的声发射源判定和路径耦合界面识别;通过构造幅值衰减特征系数,成功实现了故障源信号的判别,同时对全路径下的组件结构进行了区分。  (3)针对航空发动机中对信号传播影响最大的轴承组件,开展了机理性分析和实验研究。在全路径传播实验的基础上,剥离了轴承结构进行声发射信号传播特性研究,重点研究了流体润滑动力膜对声发射信号传播的影响。结合粗糙表面接触理论和声发射波波动方程,研究了轴承耦合界面的信号传播机理,用透射系数表征了声发射信号在耦合界面传播效果,并通过实验进行了验证。研究揭示了轴承处动压油膜对声发射信号的传播的积极作用,指出了良好润滑对声发射信号传播的重要意义。
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