1 前言

轉(zhuǎn)子葉片的振動特性將直接影響發(fā)動機性能及發(fā)動機的可靠性和壽命。為正確評估發(fā)動機的的可靠性和壽命，需要進行動頻、動應力測量試驗分析轉(zhuǎn)子葉片的動頻、動應力。轉(zhuǎn)子葉片工作環(huán)境惡劣：高轉(zhuǎn)速（12000 轉(zhuǎn)/分）、大交變應力（頻率：8000Hz，應力水平：400MPa）,給數(shù)據(jù)采集和分析提出了很高的要求，LMS-SCADSⅢ316 硬件和測量軟件Signature Testing 解決了問題。為準確測量葉片在高頻振動下的應力，為設(shè)計提供可靠性數(shù)據(jù)有著重要意義。

2 葉片靜頻及應力分布測量

對轉(zhuǎn)子葉片先進行了振動試驗，分別測定了葉片*階模態(tài)的頻率及振型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當激起同樣的葉尖振幅時，有幾種振型所需的激振力zui小，對這些振型重點測量。 由于受到引電器通道數(shù)的限制，需要盡量減少實測時葉片上的應變片數(shù)目，因此，在振動臺上進行的應力分布試驗確定臺架實測時應變片的具體粘貼位置及方向，只在zui大主應力點上粘貼應變片。

3 測試系統(tǒng)及測量方法

測試系統(tǒng)框圖如下：

圖1 測試系統(tǒng)框圖

圖2 引線圖

圖3 引線圖

數(shù)據(jù)處理方法

采樣的時間間隔 Δt 決定著采樣的質(zhì)量和數(shù)據(jù)處理的總時間。Δt 太小，會使x（nΔt）的數(shù)目劇增，增加了數(shù)據(jù)處理的工作量，并要求計算機的容量要大；但Δt 太大，會在原始數(shù)據(jù)中引起低頻和高頻分量的混淆，不能真實反映原信號x（t）的全部情況，影響分析的精度。LMS SCADSⅢ316每通道有獨立的16bitA/D,有DSP 功能，采樣頻率為200Ks/s，通過SCSI 接口直接傳送到硬盤。特別適合高速、大容量數(shù)據(jù)采集。

LMS 數(shù)據(jù)采集處理軟件具有實時顯示、數(shù)據(jù)記錄回放、工程量轉(zhuǎn)換、頻譜分析、三維瀑布圖分析等功能。在發(fā)動機開車過程中，將發(fā)動機從慢車到zui大狀態(tài)的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)緩慢調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)采集處理軟件可采用發(fā)動機轉(zhuǎn)速實時跟蹤采集得到三維瀑布圖如圖4，分析振動頻率，判斷共振模態(tài)，可得到坎培爾圖。在共振點實時記錄測量葉片的應力水平，回放處理得到測量結(jié)果如圖5。

圖4 三維瀑布分析圖

圖5 測量結(jié)果處理圖

由于試驗數(shù)據(jù)在測量過程中，不可避免會受到嚴重噪聲的干擾，特別是引電器在轉(zhuǎn)動中接觸電阻的變化導致的噪聲，這些異常假值造成時間歷程波形產(chǎn)生過高或過低的突變點，處理不好往往會嚴重歪曲數(shù)據(jù)的分析結(jié)果。頻譜分析結(jié)果可以有效地避免引電器在轉(zhuǎn)動中接觸電阻的變化導致的噪聲，從圖6、圖7比較可以看出。

圖6 未接入引電器時的頻譜分析結(jié)果

圖7 接入引電器10000rpm 時的頻譜分析結(jié)果

5 葉片動頻及動應力測量結(jié)果

從圖 5 中直接得到轉(zhuǎn)速、動頻、動應力結(jié)果，可直接導入word 中編輯成數(shù)據(jù)表格。數(shù)據(jù)處理簡單，結(jié)果表達明確，也可以把圖表直接導入報告如圖8，測試結(jié)果具有很高的參考價值，對準確分析葉片斷裂故障，提高發(fā)動機工作可靠性，起到關(guān)鍵作用。

圖8 結(jié)果圖

6 結(jié)論

本文介紹了LMS-SCADSⅢ316硬件和測量軟件Signature Testing在航空發(fā)動轉(zhuǎn)子葉片試車臺架上的實測應用技術(shù)，系統(tǒng)簡單，測量快速、準確、、可靠的解決了其應力和振動測量，在航空發(fā)動機轉(zhuǎn)子部件臺架動頻、動應力測量中有一定的參考價值。

航空發(fā)動機葉片動頻和動應力測量的zui主要特點是在高速旋轉(zhuǎn)下的測量。高速旋轉(zhuǎn)下測量一方面對傳感器（如應變片）的安裝和防護，對連接電纜的安裝、焊接和防護等均提出了一些特殊的要求；另一方面對信號傳遞裝置（如引電器等）要求也較為苛刻；此外，由于航空發(fā)動機的整機振動激振源復雜，再加上噪聲，因此對其振動信號的分析處理需要采用多種方法進行反復研究比較，方可獲得比較理想的測試結(jié)果。