LMS-Signature Testing在某型发动机转子叶片动频、动应力测量中的应用

1 前言

转子叶片的振动特性将直接影响发动机性能及发动机的可靠性和寿命。为正确评估发动机的的可靠性和寿命，需要进行动频、动应力测量试验分析转子叶片的动频、动应力。转子叶片工作环境恶劣：高转速（12000 转/分）、大交变应力（频率：8000Hz，应力水平：400MPa）,给数据采集和分析提出了很高的要求，LMS-SCADSⅢ316 硬件和测量软件Signature Testing 解决了问题。为准确测量叶片在高频振动下的应力，为设计提供可靠性数据有着重要意义。

2 叶片静频及应力分布测量

对转子叶片先进行了振动试验，分别测定了叶片前十阶模态的频率及振型，结果发现，当激起同样的叶尖振幅时，有几种振型所需的激振力最小，对这些振型重点测量。 由于受到引电器通道数的限制，需要尽量减少实测时叶片上的应变片数目，因此，在振动台上进行的应力分布试验确定台架实测时应变片的具体粘贴位置及方向，只在最大主应力点上粘贴应变片。

3 测试系统及测量方法

测试系统框图如下：

图1 测试系统框图

图2 引线图

图3 引线图 [p] 数据处理方法

采样的时间间隔 Δt 决定着采样的质量和数据处理的总时间。Δt 太小，会使x（nΔt）的数目剧增，增加了数据处理的工作量，并要求计算机的容量要大；但Δt 太大，会在原始数据中引起低频和高频分量的混淆，不能真实反映原信号x（t）的全部情况，影响分析的精度。LMS SCADSⅢ316每通道有独立的16bitA/D,有DSP 功能，采样频率为200Ks/s，通过SCSI 接口直接传送到硬盘。特别适合高速、大容量数据采集。

LMS 数据采集处理软件具有实时显示、数据记录回放、工程量转换、频谱分析、三维瀑布图分析等功能。在发动机开车过程中，将发动机从慢车到最大状态的转速范围内缓慢调节，数据采集处理软件可采用发动机转速实时跟踪采集得到三维瀑布图如图4，分析振动频率，判断共振模态，可得到坎培尔图。在共振点实时记录测量叶片的应力水平，回放处理得到测量结果如图5。

图4 三维瀑布分析图

图5 测量结果处理图由于试验数据在测量过程中，不可避免会受到严重噪声的干扰，特别是引电器在转动中接触电阻的变化导致的噪声，这些异常假值造成时间历程波形产生过高或过低的突变点，处理不好往往会严重歪曲数据的分析结果。频谱分析结果可以有效地避免引电器在转动中接触电阻的变化导致的噪声，从图6、图7比较可以看出。

图6 未接入引电器时的频谱分析结果 [p]

图7 接入引电器10000rpm 时的频谱分析结果5 叶片动频及动应力测量结果

从图 5 中直接得到转速、动频、动应力结果，可直接导入word 中编辑成数据表格。数据处理简单，结果表达明确，也可以把图表直接导入报告如图8，测试结果具有很高的参考价值，对准确分析叶片断裂故障，提高发动机工作可靠性，起到关键作用。

图8 结果图6 结论

本文介绍了LMS-SCADSⅢ316硬件和测量软件Signature Testing在航空发动转子叶片试车台架上的实测应用技术，系统简单，测量快速、准确、高效、可靠的解决了其应力和振动测量，在航空发动机转子部件台架动频、动应力测量中有一定的参考价值。

航空发动机叶片动频和动应力测量的最主要特点是在高速旋转下的测量。高速旋转下测量一方面对传感器（如应变片）的安装和防护，对连接电缆的安装、焊接和防护等均提出了一些特殊的要求；另一方面对信号传递装置（如引电器等）要求也较为苛刻；此外，由于航空发动机的整机振动激振源复杂，再加上噪声，因此对其振动信号的分析处理需要采用多种方法进行反复研究比较，方可获得比较理想的测试结果。

参考文献:
[1] J.阿弗里尔 主编. 实验应力分析手册. 机械工业出版社,1985.
[2] 张如一、陆耀桢. 实验应力分析. 机械工业出版社, 1981.
[3] 宋兆泓、李其汉主编. 发动机强度振动测试技术. 国防工业出版社,1981.(end)