欠频响压力探针测量压气机动态流场的结果分析
压气机叶片的故障分析1
西安航空职业技术学院毕业设计（论文）论文题目：压气机叶片的故障分析所属系部：航空维修工程系指导老师：马康明职称：教授学生姓名：朱景辉班级、学号: 135045-35专业：航空机电设备维修西安航空职业技术学院制2015年11月01日西安航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书题目：压气机叶片的故障分析任务与要求：在基本了解压气机叶片的基本概念的基础上，重点分析了压气叶片的一些常见故障模式及应对的修理方法，以确保航空发动机压气机叶片的工作效率的完好，为今后工作做好准备。
时间：2015 年10月 12日至 2015 年 12 月 06日共 8 周二级学院：航空维修工程系学生姓名：朱景辉学号： 135045-35专业：航空机电设备维修指导单位或教研室：西安航空职业技术学院指导教师：马康民职称：教授西安航空职业技术学院制2015年12月06日毕业设计(论文)进度计划表本表作评定学生平时成绩的依据之一。
压气机叶片的故障分析【摘要】本论文主要阐述了压气机叶片的故障分析。
首先介绍了压气机叶片的分类及其特点；其次对压气机叶片的故障与故障模式作了说明；最后列举例子（涡喷八发动机压气机叶片折断故障、涡喷七发动机压气机二级整流叶片裂纹故障、涡喷七发动机压气机二级叶片叶尖掉块故障）对叶片的故障作了具体分析。
关键词：故障模式故障现象故障原因Abstract:The present paper mainly elaborated compressor blade's fault analysis.First introduced compressor blade's classification and the characteristic; Next has given the explanation to compressor blade's breakdown and the breakdown pattern; Finally enumerated the example (turbojet eight engine air compressor aluminum sheet to break off breakdown, turbojet seven engine air compressor two level of rectification leaf blade crack breakdown, turbojet seven engine air compressor two level of leaf blade apexes falls block breakdown) to make the concrete analysis to leaf blade's breakdown。
航空发动机试车台的气动流场探索和分析
摘要:在社会主义市场经济快速发展的大环境下，现代军机和民用发动机储存和空气流量发生了较大变化。
航空发动机试车台的气动流场受气象条件以及人为操作等因素的影响，在实际运作过程中存在较大的风险。
我国航空发动机试车台的气动流场探索与国外发达国家相比仍存在较大的差距，因此，我国有必要针对航空发动机试车台运行的实际状况，强化气动流场的探索，并对探索结果进行准确分析。
笔者结合多年工作经验，从航空发动机试车台电气控制系统组成着手，介绍了航空发动机试车间的均匀性指标、稳定性指标和进排气通道设计。
关键词:航空发动机试车台气动流场均匀性稳定性在实际设计过程中，为了提高航空发动机试车台的实际功效，设计人员应该综合考虑气流流场的稳定性、气流的力场以及气流的速度等因素，在确保以上因素符合设计要求后，采取相关强化措施为提高流场的均匀性和稳定性打下坚实的基础。
航空发动机试车台主要运用于军事领域，在国民经济发展建设过程中发挥着至关重要的作用。
因此，设计人员在提高航空发动机安全性、稳定性以及经济性的同时，还应该不断提升测试精度、在改进测试方法的前提下，探索适合航空发动机使用的新型测试原理，使该测试技术更好地服务于航空发动机试车台的气流流场的探索和分析。
1航空发动机试车台电气控制系统组成伴随着经济的发展，我国航空事业取得飞速发展，电子控制技术逐渐向多元化的方向快速发展。
航空发动机试车台电气控制系统应该在结合现代社会发展的实际状况的前提下，不断满足各种新型发动机的实际需求，传统试车台电气控制系统已经落后于科技手段控制下的试车需求。
发动机试车电气控制系统的组成十分复杂，了解控制系统的组成是探索和分析航空发动机试车台启动流场的基础保障。
发动机试车电气控制系统组成如图1所示。
其中启动箱的主要作用是控制涡轮起动机；电子控制器的主要目的是调节发动机运行过程中各参数值；并向发动机各控制件发送指令；发动机的直交流供电以电源系统为依据；工艺设备满足了地面试车的各种需求，无论是燃油供油系统还是电机负载控制系统均依靠工艺设备的实际运行状态；试车台电气控制的关键组成部分是PLC控制系统，该系统的主要功能是控制发动机电气系统，从而完善航空发动机试车台的启动流场分析。
压气机失速信号分析
压气机失速信号分析作者：姜椿阳来源：《科技传播》2016年第11期摘要以压气机失速信号分析为目标，选用MATLAB作为信号分析平台，采用时域分析法、频域分析法进行信号分析，并考虑在得到压气机叶片参数和转数等信息后，采用滤波的方法做更深入的分析。
关键词压气机；失速信息；信号分析中图分类号文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0229-02在本课题中，由于未给出压气机转子叶片数量、压气机转速等信息，所以，这些信息我们必须通过信号分析得到，此外，我们还需得到失速征兆以及由扰动产生到进入失速所经历的时间，同时，在可能的情况下，我们还应判断出失速的基本类型，包括辨析出是突变失速还是渐进失速、全展向失速还是部分展向失速等，以及失速团的个数。
为了得到以上信息，我选用MATLAB作为信号分析的平台，主要采用了时域分析法、频域分析法进行信号分析，并考虑在得到压气机叶片参数和转数等信息后，采用滤波的方法做更深入的分析。
1 信号分析时域分析：信号1：105800A.dat如图1所示，即为近设计点工况时域图，横坐标按采集点个数均分，由于采样频率恒定为12K，采样时间为5s，所以采集点个数也就表征了时间。
由上图可以看出，近工况状态下，前缘、50%弦长和尾缘的压强信号基本保持稳定，只是在小范围内有脉动，将测得参数按按时间平均，并设前缘静压平均量为P1，50%弦长处P2，尾缘P3，则有P1=2.544，P3=3.013，于是得近设计点工况增压比n1=P1/P3=1.184。
如图2所示，压气机的近失速点实际即为压气机叶片气流分离点位于50%弦长处时，此时，微小扰动即可导致压气机进入失速状态。
按上一数据的处理方法，我们得到近失速点压比为n2=1.156，较近设计点工况略小，这是由于流动的分离导致压气机效率降低造成的/但是当进入失速状态时（近失速状态），我们可以定性的分析出尾缘处静压与前缘处静压在数值上呈现近似的负相关关系，这是由失速团的性质决定的，并且，节流阀开启后，压气机增压绝对值突然上升又剧烈下降，最后，成周期性变化，由此可以初步判定该失速类型为突变型失速。
小流量下离心压气机流场分析及喘振机理研究
截 面轴 向 速度 分 布
２ １ 年 ４月 ０】
朱 智 富 ， ： 流 量 下 离 心 压 气 机 流 场 分 析及 喘娠 机理 研 究 等 小
发应一 变 一 一 一 在 州 流 化 激 漩 摩 一一 一 力 ２压一 片 猢 一 通 帽 趴善 ～ 近 ５ 量
黼 慌 瓣
轮 进 口前 缘 出 现 两 个 明 显 的 回 流 区 。通 过 对 该 工 况
Ｒｅ ｌＧａ ａ ｓ与 Ｔｕ ｂ ｌｎ ｖｅ— ｔ ｋ ｓ数 学 模 型 ， ｒ ｕｅ ｔＮａ ｉｒＳ ｏ ｅ 湍
收 稿 日期 ： ０ ０ １ ９ ２ １ － ００ ；修 回 １ ：２ １ － 卜１ ３期 ０ ０１ ９
扩 压 器平 行段 高 度 ／ ｍ ａ ｒ
叶尖 间隙 ／ ｍｍ
ｍ 一
。
、
最高压 比相 差不 超 过 ０ ５ ， 高 效 率相 差 不 超过 ． 最 １ ５ 。因此 ， ． 可以认为模 拟计算 结果真 实可信 。
３ 压 气 机 流 场 分 析
在小 流量 工 况下 ， 气 机 内部 存在 非常 复杂 的 压
排人大气
非 定常流动 ， 随着流量 减小 ， 压气机 内部流动逐 渐恶 化 ， 且流场 会 出现 明 显 的 随 时 间变 化 的 特性 ， 并 因
机 几何 参数 和工 作 条件 不 同 ， 一 方 面 也说 明此 方 另
面 的研 究 还 有 待 深 人 。 研 究 喘 振 的 机 理 就 必 须 充 分 了 解 离 心 压 气 机 从 稳 定 工 作 状 态 到 失 速 再 到 喘 振 整 个 流 场 的 变 化 过
叶轮部分 网格 采用 单 通 道稳 态 计 算 时 的 网格 ， 单 将 通 道 的网格复 制成 全 周 网格 ， 蜗壳 网格仍 然采 用 稳
北航测试技术大作业—压气机失速信号分析
压气机失速信号分析ZY1704301 曹濛在本次信号分析的大作业中，给定有近设计点、近失速点以及失速状态三个工况以及对应工况状态下不同位置的测量点测得的信号。
但是由于没有发动机转速和转子叶片数量等信息，这需要我们通过对信号进行分析后得到。
选用OriginPro 2017C 作为分析软件进行信号分析。
分析方法采用FFT 和滤波等。
一、 近设计点信号分析可以看出信号整体还是具有较为明显的周期性的，根据傅里叶变换的原理，任何一个周期信号都可以分解为无穷项谐波之和，即∑∑∞=∞=++=++=11000)2sin()2sin()(n n n n n n t f c c t T n c c t f φπφπ所以对信号进行快速傅里叶变换。
高频段的幅值过低，我们主要考虑中低频率的部分。
三个位置信号的线性部分分别为2.54507、2.85216和3.01312。
如果假定测点的气压和电压信号成线性相关，那么可以得到，这级叶片的压比约为1.184。
可以看出，无论是前缘，50%弦长或是尾缘部分，低频率部分信号都有较大波动，并且以10HZ 为基底，在10HZ 的各个倍数的频率下都有明显的静压提高。
在170HZ 以及170HZ 的倍数频率上有静压的明显提高。
选取50%弦长为代表进行进一步分析，滤掉电压信号幅值在0.005以下的部分，得到相应的数据。
可以明显地看出，10HZ及其倍率频率以及170HZ及其倍率频率上有明显静压增，10HZ及其倍率上的静压增大约是0.01数量级， 170HZ更是达到了0.0287。
通过对信号做低通滤波，我们可以看出小于2HZ的低频信号在时域上波动较大，且振幅相较10HZ和170HZ来说较小，一般远小于0.01，如此低频率的信号应当与转子的旋转无关，可能是外界干扰引起的。
10HZ的信号应当是由于发动机转子旋转引起的，转子旋转的频率为10HZ也就是600RPM，转子由于加工、装配或者其他原因引起不对称性，比如某一个叶片增压比比其他高，随着转子的旋转，每周都会出现一次的压比提高。
多级轴流压气机静子通道三维流场测量
多级轴流压气机静子通道三维流场测量
王志强;胡骏;罗钜;李亮;高翔
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2012(33)3
【摘要】为了实现多级压气机静子叶片通道内部的详细流场测量,设计加工了7根不同长度的"L"型五孔探针以及1根四孔探针。
在压气机的设计工作状态,通过采用坐标位移机构带动五孔探针和四孔探针的方法,完成了四级低速大尺寸轴流压气机第3级静子叶片通道内部的7个不同轴向位置的截面上以及静子叶片出口截面上的三维流场测量,获得了静子叶片通道内部的详细流场细节。
测量结果显示了通道涡和角涡的生成、发展过程以及两者之间的相互影响。
实践表明,采用位移机构带动"L"型五孔探针或其它探针的方法可以应用于多级压气机静子叶片通道内部流场测量。
【总页数】6页(P371-376)
【作者】王志强;胡骏;罗钜;李亮;高翔
【作者单位】南京航空航天大学能源与动力学院
【正文语种】中文
【中图分类】V231.3
【相关文献】
1.多级轴流式压气机典型工况下的三维流场数值分析
2.跨声轴流压气机弯曲静叶出口三维流场测量
3.多级轴流压气机静子三维造型优化设计
4.带有根部间隙的压气机静子通道流场测量
5.多级低速压气机静子通道内流场测量
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压缩机气体脉动分析和管道振动分析(2)
管道振动分析 ： 有限元方法实例
结果提取： 1. 进一步可以选择频率21Hz，相位171.759 度时的整个管道的应力和变形情况。 2. 当然，程序也可观察任意频率、任意相位 角下的变形情况。 3. 由此可以看出，振动分析所产生的数据量 是非常巨大的。
管道振动分析 小结
1. 与静力分析相比，管道的振动分析无论是建模 输入还是结果数据都非常复杂，特别是对结果 的分析评判需要比较丰富的理论知识背景，同 时还需要比较丰富的经验和技巧。
第一阶 （基频）
第二阶 第三阶
管道振动分析
前面提到，多自由度系统的振动响应是各个振型的某种线性叠加。因此，在振动分析中，我 们可以采用振型分解法，先将整个系统分解为各个主振动，然后求解在外激励作用下各个主 振动的响应，最后将结果进行叠加就可以得到系统真正的振动响应。这个方法就是著名的振 型叠加法 或者 模态叠加法。 由于分布质量系统具有无穷多个自由度，因此也就具有无穷多个振型，但这并不意味着我们 需要提取无穷多个振型来进行分析，事实上，只有低阶振型对振动的贡献比较大。
结果提取： 1. 利用后处理程序，我们可以观察到，节点 10在x方向的振动位移，在频率为21Hz时 达到峰值。
管道振动分析 ： 有限元方法实例
结果提取： 1. 进一步输出结果，发现节点10在外激励频 率为21hz时，响应幅值2.688mm，对应 的相位差是171.759度。
2. 这里面有一个重要的概念，振动的最大响 应与输入外激励是不同步的。在本例中我 们初始输入外激励的相位是0，最大响应 则出现在171.759
管道振动分析
运动物理方程
通常，为了分析的方便，运动物理方程都将表示成矩阵的形式：
管道振动分析
把该方法推广到多自由度系统的一般形式，运动方程为：
研究转子内流动的大尺寸轴流压气机实验装置和动态测量技术
第7卷 第1期航空动力学报Vol.7No.11992年1月JournalofAerospacePowerJan.1992
研究转子内流动的大尺寸轴流压气机实验装置和动态测量技术
北京航空航天大学 蒋浩康** 李雨春 张 洪 熊 璋 徐力平 陈矛章【摘要】 本文在评述国外同类技术的基础上,介绍近年研制成的,以研究转子内流动为主要对象的低速大尺寸轴流压气机实验装置和动态测量技术,包括实验台、旋转四坐标全电动探针位移机构、并行多通道高速数据采集器、高频压力探针及一整套高频压力探针、热丝和激光多普勒动态测量技术,列举了典型的转子内和转子进、出口复杂流场测量结果。
一、前 言
对压气机内真实流动缺乏足够的认识,是分析和设计高性能压气机的主要障碍。压气机内流动的复杂性表现为各种三维旋涡、湍流和非定常流动。认识这些流动的基本物理机制的主要途径是试验研究。低速大尺寸压气机试验和测量系统则是最主要的试验手段之一。美国的Penn.St.Univ.、UTRC和GE等单位的这种装置在叶轮机内真实流动结构研究方面作出了很大贡献[1～3]。其中GE公司做的核心压气机出口级的模拟试验和筛选研究,证明针对实际流动修改端部叶片形状和速度三角形,在降低端部损失上有很大潜力,为发展E3高压压气机起了很大的作用。这类装置的一个共同特点是都设有功能水平不同的旋转探针位移机构,用以在不同程度上直接测量转子相对流场。叶轮机内部的流动,本质上是动态的,用高频响的测量手段(如高频压力探针、叶面高频压力传感器、热丝以及多普勒激光测速仪等)比用常规稳态测量手段能更好的获取流动特性。在固定坐标系上测量旋转坐标系中的流动需用高频测量方法,而无论在固定坐标系中,还是在旋转坐标系中,研究湍流和非定常流更要依靠高频测量。这是叶轮机流动测量技术的发展趋势[4]。出于压气机内流动机理研究和高压压气机后级模拟研究的需要,我们近年建成一套比较完善的低速大尺寸轴流压气机试验和测量系统。其特点之一是自行研制了一套旋转四坐标全电动探针位移机构。特点之二是研制和开发了包括高频压力探针、热丝技术、激光多普勒技术和平行多通道高速数据采集器在内的完整的叶轮机气流动态测量系统及技术。本文的目的是对这个试验装置和动态测量技术的特点作一个简要介绍,并列举一些典型的测量结果。
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欠频响压力探针测量压气机动态流场的结果分析
马宏伟1,2，魏巍1,2，张良1,2，官辉
1,2
（1.北京航空航天大学能源与动力工程学院;2.先进航空发动机协同创新中心:北京100191）
摘要：压气机内部流动具有很强的非定常特征，尤其是小尺寸发动机叶片通过频率高达30~80kHz，而动态压力探针的响应频率
只能与叶片通过频率相当，采用其测量不易获得具体的高频流场结构。为了研究这种欠频响情况下测得流场与真实流场的差异，以某
低速压气机为对象进行了模拟研究。采用频响为420Hz的动态压力探针及频响大于33kHz的单斜丝热线探针，测量了叶片通过频率
为303Hz的转子出口流场。修正了动态压力探针的容腔效应对测得流场的影响，校验了在测试系统响应频率较低时，修正后流场与热
线测得的参考流场之间的差异。对比结果表明：原始流场压力信号的部分频率成分产生了较大偏差，出口截面流场的周向位置有较大
误差。经修正后，周向位置较为准确，泄漏堵塞区域形态以及强度都与参考流场的更为接近，但由于尾迹区存在部分高频，修正后结果与
参考流场的差异仍较明显。
关键词：欠频响压力探针；动态测量；管传递函数；动态修正；压气机；航空发动机
中图分类号：V231.3文献标识码：Adoi：10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.02.013
AnalysisofMeasuredUnsteadyFlowFieldUsingaQuasiFastResponsePressureProbe
MAHong-wei
1,2袁WEIWei1,2袁ZHANGLiang1,2袁GUANHui1,2
渊1.SchoolofEnergyandPowerEngineering袁BeihangUniversity曰2.CollaborativeInnovationCenterofAdvanced
Aero-Engine袁Beijing100191袁China冤
Abstract:Itiswellknownthattheflowfiledinsideacompressorhasstrongdynamiccharacteristic,especiallyinthesmall-scaleones
whosebladepassingfrequencycouldreach30~80kHz.Inmostcircumstances,becausetheFastResponseAerodynamicProbe渊FRAP冤can
onlymeetthebladepassingfrequency,thedynamiccharacteristicoftheprobecannotsatisfytherequirementofreproducingadetailed
high-frequencyflowstructure.InordertoinvestigatethedifferencebetweenmeasuredflowfieldandrealflowfieldusingthisquasiFRAP,a
dynamicpressureprobewitharesponsefrequencyof420Hzandaslantedsinglehotwireprobewitharesponsefrequencymorethan33
kHzwasutilizedtomeasuretheunsteadyflowfiledattheoutletofanisolatedcompressorrotorwhichhadabladepassingfrequencyof303
Hz.Thefrequencyresponseoftheprobewasmeasuredtocorrecttheinfluenceofsquare-cavityeffectonthemeasuredflowfield.The
correspondingcorrectedoneswerecomparedwiththereferenceflowfieldmeasuredwithhotwireprobeastheresponsefrequencyof
measurementsystemwaslow.Thecomparisonshowsthatsomefrequencycomponentsoftheoriginalsignalswereamplified.After
correction,thecircumferentialpositionoftheunsteadyfield,theblockageandpatternofthetipleakageareaareobviouslymoreclosetothe
referenceflowfield.Nevertheless,duetothehighfrequencycomponentinthewake,thecorrectionstillcannotgetagoodresult.
Keywords:quasiFRAP曰dynamicmeasurement曰tubetransferfunction曰dynamiccorrection曰compressor曰areoengine
航空发动机
Aeroengine
收稿日期：2015-06-12基金项目：国家自然科学基金（51136003）资助
作者简介：马宏伟（1968），男，博士，博士生导师，研究方向为叶轮机复杂流动，发动机气动测试技术；E-mail：mahw@buaa.edu.cn。
引用格式：
第42卷第2期
2016年4月
Vol.42No.2
Apr.2016
0引言
准确测量动态压力信号对描述航空发动机压气
机部件中的非定常流动特征起着非常重要的作用，但
相对于压气机内部流场极高频的动态特征，高频压力
探针的频响往往不能满足测量要求。目前，常规尺寸
的航空发动机压气机部件的典型叶片通过频率为
5~20kHz，小尺寸发动机的叶片通过频率则高达
30~80kHz，而多数高频压力探针的频响只有30~50
kHz[1-8]。可以认为在多数情况下，这些动态压力探针
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