CN102288362A - 一种振动叶片表面非定常压力测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种振动叶片表面非定常压力测试系统及测试方法，采用直流并励电动机驱动被测叶轮机叶片做三维弯曲振动，使用光电探测系统锁定叶片振动相位，触发外置压力传感器采集周期性的叶片表面非定常压力相关数据，并进行分析，通过连接管传递函数修正测点与传感器之间的连接管对测量信号的畸变影响，获得被测振动叶片表面每个测点上的非定常压力，以及非定常压力与叶片振动位移之间的相位差，从而通过离线数据分析系统的计算，确定振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并判断振动叶片的气动弹性稳定性。本发明可以提高振动叶片表面非定常压力测量的空间分辨率，从而提高叶片整体气动阻尼的精度。

Description

一种振动叶片表面非定常压力测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及一种用于振动叶片表面非定常压力的测试系统及测试方法，特别是基于一种外置压力传感器和管传递函数信号修正的振动叶片表面非定常压力测试系统及测试方法。

背景技术

振动叶片表面非定常压力是由叶片振动诱导的随时间变化的周期性气动压力，而非定常压力测试系统是获得旋转机械振动叶片气动弹性分析中关键参数-气动阻尼的必备的测试系统。

通常传统的国外的叶片表面非定常压力测试系统使用内置于被测叶片内的微型高频压力传感器，使用加速度仪同步振动位移与测量压力信号之间的相位差。由这种测试系统所获得的压力信号给出的振动结构整体气动阻尼值的精度，不能完全符合用于工程上叶片振动应力定量分析以及气动弹性稳定性判断的精度要求，也不能完全符合用于校核计算流体动力学(CFD)数值模拟模型的精度要求。主要有以下缺点：测量叶片表面非定常压力所需的微型高频压力传感器的尺寸限制了叶片表面填埋压力传感器的数目，以致获取的叶片表面非定常压力的空间分辨率较低，从而使叶片整体气动阻尼的精度降低。而且微型高频压力传感器的安装无法保持叶片原有型面的形状，会对流体的流动状态造成影响；还需要额外的工作消除温度、安装应力和振动加速度对微型高频压力传感器测量精度和耐久性的影响；微型高频压力传感器的价格非常昂贵；特别使用加速度仪同步振动位移与压力信号之间相位差的方法，一方面，占用了有限的测量通道数，另一方面，增加了测量数据后处理的困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种振动叶片表面非定常压力测试系统及测试方法，在提高测试参数的空间分辨，从而提高叶片整体气动阻尼的精度的同时，可以在线监测被测信号的测试质量，提高测量精度，减少测量误差，且后续处理简单，节省周期。

本发明技术解决方案：一种振动叶片表面非定常压力测试系统，测试实验台、连接管传递函数测试和分析系统、离线数据分析系统；

所述测试实验台，包括被测振动叶片1、直流并励电机及控制系统2、光电探测系统3、压力传感器系统4、数据采集接口系统5、数据采集和监控系统6、测试计算机7；直流并励电机通过曲柄连接机构与叶栅中的被测振动叶片1相连接；被测振动叶片1表面上装备有多个测点，所述测点通过测点与传感器间连接管22与由放置在被测振动叶片1外的多个传感器组成的传感器系统4连接；压力传感器系统4通过数据采集接口系统5、数据采集和监控系统6与测试计算机7连接；数据采集和监控系统6通过数据采集接口系统5的外部触发器接口获得光电探测系统3测量的被测振动叶片1的振动频率，判断是否与预设频率值相符，如果不相符，则数据采集和监控系统6将信号送入直流并励电机及控制系统2，通过电机控制器调节直流并励电机转速，直到符合预设频率值；同时数据采集和监控系统6按照预设测试周期值采集由压力传感器系统4测量的被测振动叶片1表面非定常压力，并对采集的N_enb组测量数据进行相加并除以测试周期值N_enb，得到测量数据的相位锁定周期平均结果，将此结果送入测试计算机7中，测试计算机7在线判断结果数据的测量质量，若测量结果数据不符合要求，则将判别结果返回数据采集和监控系统6，数据采集和监控系统6根据判别信息重新采集数据；如果测量结果数据合格，将判别结果返回数据采集和监控系统6，数据采集和监控系统6则进行新一组测点的测量，直到一个气动工况下，叶片表面所有的测点测量完毕，然后根据需要进行下一个气动工况下叶片表面非定常压力的测量；

所述连接管传递函数测试和分析系统包括连接管传递函数测试装置23和连接管传递函数分析系统10；所述连接管传递函数测试装置23用于获得连接管22传递函数的两组测量数据，即扫频压力信号和由连接管22造成畸变后的扫频压力信号，并提供给连接管传递函数分析系统10；所述连接管传递函数分析系统10根据所述两组测量数据计算多个测点与传感器间连接管22的振动叶片非定常压力信号失真的修正信息，提供给离线数据分析系统；

一种振动叶片表面非定常压力测试方法，实现步骤如下：

步骤1：将叶栅中的被测振动叶片1采用铰链安装在风洞外壁上，直流并励电机通过曲柄连杆机构与被测振动叶片1相连接；

步骤2：电机控制器输出控制命令驱动直流并励电机，直流并励电动机再驱动被测叶片，以模拟振动叶片三维弯曲振动；

步骤3：光电探测系统3采集被测振动叶片1的振动频率和振动相位锁定的信息通过数据采集接口系统5的外部触发器接口送入数据采集和监控系统6；

步骤4：数据采集和监控系统6判断被测振动叶片1的振动频率值是否与预设振动频率值相符，如果不相符，则数据采集和监控系统6将所述振动频率送入直流并励电机及控制系统2，通过电机控制器调节直流并励电机转速，直到符合预设频率值；同时数据采集和监控系统6按照预设测试周期值采集由压力传感器系统4测量的被测振动叶片1表面非定常压力，并对采集的N_enb组测量数据进行相加并除以测试周期值N_enb，得到测量数据的相位锁定周期平均结果，将此结果送入测试计算机7中；

步骤5：测试计算机7在线判断结果数据的测量质量，若测量结果数据不符合要求，则将判别结果返回数据采集和监控系统6，数据采集和监控系统6根据判别信息重新采集数据；如果测量结果数据合格，将判别结果返回数据采集和监控系统6，数据采集和监控系统6则进行新一组测点的测量，直到一个气动工况下，叶片表面所有的测点测量完毕，然后根据需要进行下一个气动工况下叶片表面非定常压力的测量；

步骤6：变换下一组测点的连接管与压力传感器系统4连接，重复上述步骤(2)-(5)，直到振动叶片表面所有测点测量完毕，通过电机控制器调整振动频率到下一个气动工况，重复上述步骤(2)-(5)，直到所有预设气动工况测量完毕；关闭直流并励电动机，停止风洞运转，将保存到测试计算机7的分析结果文件复制到离线数据分析系统中进行分析；

步骤7：测量结束后，通过离散分析系统得到预定气动状态下振动叶片的气动阻尼，即振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并判断振动叶片的气动弹性稳定性。

所述测试方法中，离线数据分析系统中通过信号频响分析系统9进行信号的频响分析，然后通过连接管传递函数分析系统10获得测点与传感器间的连接管造成的信号失真修正曲线，对测点与压力传感器系统之间的连接管22造成的测量信号畸变影响在信号修正系统11中进行修正，获得被测振动叶片1表面每个测点上的非定常压力幅值，以及非定常压力与被测振动叶片1振动位移之间的相位差，最后通过离线数据分析系统的气动阻尼分析系统13的计算，由测量的非定常压力确定振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并对振动叶片1的气弹稳定性进行判断。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明使用直流并励电机振动叶片，使用外置压力传感器采集振动叶片表面的非定常压力信号，通过非定常信号失真的离线修正方法，获得高空间分辨率的振动叶片表面非定常压力以及与振动位移的相位差，从而获得高精度的气动阻尼。

(2)本发明振动叶片非定常压力测试系统可以测试叶片表面98％与95％叶高处的非定常压力，叶高小的叶片两者只相差2mm，而目前内置微型压力传感器的直径最小也为2mm，无法分辨出这两个叶高处非定常压力值的不同，而叶尖处非定常压力值的空间分辨率对气动阻尼值的精度影响最大。因此本发明极大的提高了叶片表面非定常压力测量的空间分辨率。

(3)通常符合精度要求的内置微型压力传感器造价高达RMB1万元，加上温度、振动加速度和安装应力校核中的损耗，同等叶片测点装备数目下，使用内置压力传感器的造价是外置压力传感器的20倍。而本发明振动叶片非定常压力测试系统，由于使用连接管联结测点和压力传感器，无需在叶片上安装内置压力传感器，因此，不但叶片表面测点的空间分布率大大提高，而且叶片测点装备成本大幅降低。

(4)本发明使用光电探测系统信号同步振动位移与被测非定常压力之间的相位差，可以实施在线监测数据测量质量，提高测量精度。

(5)本发明对由于测点与传感器之间连接管造成的被测非定常压力信号的畸变，可以通过离线状态下修正，实行实验过程的并行管理，缩短实验周期。

附图说明

图1为本发明振动叶片非定常压力测试系统的结构框图；

图2为本发明中的数据采集和监控系统的实现流程图；

图3为本发明中的连接管传递函数测试装置的结构框图；

图4为本发明中的连接管传递函数分析系统的结构框图；

图5为本发明振动叶片非定常压力测试方法实现流程图；

图6为本发明中的离线数据分析系统的实现框图。

具体实施方式

本发明振动叶片非定常压力测试系统是一个用于获得振动物体表面非定常压力的测试系统，依次获得振动物体的气动阻尼，用于检测测试状态下振动物体是否气动弹性失稳或气动弹性稳定，是参数化气动弹性基础性实验的重要技术。

本发明中的被测振动叶片1为采用能量法获得振动结构气动阻尼的各种叶轮机、涡轮机械、蒸汽机械和燃气机械的叶片。

本发明采用直流并励电机驱动被测叶轮机叶片做三维弯曲振动，使用光电探测系统锁定叶片振动相位，触发外置压力传感器采集周期性的叶片表面非定常压力相关数据，并进行分析，通过连接管传递函数修正测点与传感器之间的连接管对测量信号的畸变影响，获得被测振动叶片表面每个测点上的非定常压力，以及非定常压力与叶片振动位移之间的相位差，从而通过离线数据分析系统的计算，确定振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并判断振动叶片的气动弹性稳定性。本发明可以提高振动叶片表面非定常压力测量的空间分辨率，从而提高叶片整体气动阻尼的精度。

如图1所示，本发明振动叶片非定常压力测试系统由三大部分组成：测试实验台、连接管传递函数测试和分析系统和离线数据分析系统。测试实验台包括被测振动叶片1、直流并励电机及控制系统2、光电探测系统3、传感器系统4、数据采集接口系统5、数据采集和监控系统6、测试计算机7、数码计数器21。

如图1、2所示，直流并励电机及控制系统2中的直流并励电机通过曲柄连杆机构与被测振动叶片1的叶尖处的小轴相联接。电机控制器由晶闸管变流器组成，通过晶闸管变流器改变电枢电压调整直流并励电机转速。被测振动叶片1表面上装备有多个测点，每个测点通过测点与传感器间连接管22与由放置在被测振动叶片1外的多个传感器组成的传感器系统4连接；压力传感器系统4通过数据采集接口系统5、数据采集和监控系统6与测试计算机7连接；数据采集和监控系统6通过数据采集接口系统5的外部触发器接口获得光电探测系统3测量的被测振动叶片1的振动频率，判断是否与预设频率值相符，如果不相符，则数据采集和监控系统6将信号送入直流并励电机及控制系统2，通过电机控制器调节直流并励电机转速，直到符合预设频率值；同时数据采集和监控系统6按照预设测试周期值采集由压力传感器系统4测量的被测振动叶片1表面非定常压力，并对采集的N_enb组测量数据进行相加并除以测试周期值N_enb，得到测量数据的相位锁定周期平均结果，将此结果送入测试计算机7中，测试计算机7在线判断结果数据的测量质量，若测量结果数据不符合要求，则将判别结果返回数据采集和监控系统6，数据采集和监控系统6根据判别信息重新采集数据；如果测量结果数据合格，将判别结果返回数据采集和监控系统6，数据采集和监控系统6则进行新一组测点的测量，直到一个气动工况下，叶片表面所有的测点测量完毕，然后根据需要进行下一个气动工况下叶片表面非定常压力的测量。

如图1所示，连接管传递函数测试和分析系统包括连接管传递函数测试装置23和连接管传递函数分析系统10。连接管传递函数测试装置23用于获得连接管22传递函数的两组测量数据，即扫频压力信号和由连接管22造成畸变后的扫频压力信号，并提供给连接管传递函数分析系统10。

如图3所示，连接管传递函数测试装置23由扫频信号发生器14，声频放大器15、扬声器16、隔振橡胶管17、密闭空腔18、测点与传感器间的连接管22、实验用传感器19和参考传感器20组成。由扫频信号发生器14产生的频率不同的一组扫频信号通过声频放大器15放大后输入扬声器16，为避免扬声器16的物理共振对压力信号的影响，使用一根隔振橡胶管17连接密闭空腔18；参考传感器20直接与密闭空腔18相连接，用于测量密闭空腔18中的扫频压力信号数据，由此获得扫频压力信号；实验用传感器19通过测点与传感器间的连接管22与密闭空腔18相连接，获得密闭空腔18的畸变扫频压力信号数据，由此得到由连接管22造成畸变后的扫频压力信号。两组测量数据送至连接管传递函数分析系统10中。

如图4所示，连接管传递函数分析系统10用于提供测点与传感器间连接管22对不同频率非定常压力信号失真的修正信息；将从连接管传递函数测试装置23测量得到的两组测量数据进行从时域到频域的富里叶变换，计算两组测量数据的复数富里叶系数，通过这两组复数富里叶系数的比值得到测点与传感器间连接管22的传递函数，在频域中得到测量频率范围内连接管对非定常压力信号幅值与相位造成的畸变量，以随频率变化的幅值修正曲线图和随频率变化的相位修正曲线图的形式，作为非定常压力信号失真修正曲线提供给离线数据分析系统，通过离线数据分析系统中的非定常压力信号失真修正系统11对测量的失真压力信号进行修正。

如图6所示，离线数据分析系统，根据测试计算机7的测量结果和连接管的传递函数测试和分析系统得到的在不同长度连接管下不同振动频率下振动叶片非定常压力信号失真的修正信息，得到预定气动状态下振动叶片的气动阻尼，即振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并判断振动叶片的气动弹性稳定性。

如图1、6所示，离线数据分析系统由存储介质8、非定常压力信号频响分析9、非定常压力信号失真修正系统11、制图系统12和气动阻尼分析系统13组成。存储介质8按照规定的格式保存所有从测试计算机7拷贝的被测振动叶片1的测试结果数据。非定常压力信号频响分析系统9从存储介质8中得到测试结果数据，将这些数据从时域形式变为频域形式，得到每个测量的非定常压力信号与振动频率一致的频响分量。非定常压力信号失真修正系统11通过连接管传递函数分析系统10获得由连接管传递函数测试装置测量的非定常压力信号失真修正曲线，将每个测点上获得的非定常压力信号在频域中修正由测点与传感器之间的连接管造成的信号失真。制图系统12使用修正后的非定常压力周期信号建立各种叶片表面的非定常压力图(包括幅值和相位，不同影响参数下弦向分布图、径向分布图)，提供给研究人员；整个叶片上所有测点上测量的一个周期内的修正后的非定常压力数据输入气动阻尼分析系统13，气动阻尼分析系统13通过计算得到预定气动状态下振动叶片的气动阻尼，即振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并判断振动叶片的气动弹性稳定性。

如图5、6所示，本发明的测试方法如下：

步骤1：叶栅中的被测振动叶片1使用铰链安装在风洞外壁上，直流并励电机通过曲柄连杆机构与振动叶片的叶尖处的小轴相联接；

步骤2：清零传感器系统4中的所有传感器；

步骤3：一组测点通过连接管连接传感器系统4，测试计算机7通过键盘将根据常规测量装置得到的叶栅进口气体总压和静压、叶栅出口压力、室温数据读入数据采集和监控系统6；

步骤4：采用直流并励电机驱动被测叶轮机叶片叶尖处的小轴，叶片振动形式为叶尖振幅大，叶根振幅小的某一频率下的三维弯曲振动，叶片振动位移近似简谐振动；

步骤5：数据采集和监控系统6通过数据采集接口5读入光电探测系统3测量的信号，如果当前振动叶片1的振动频率与预先设定的频率不符，则通过电机控制器调节直流并励电机的转速，从而使振动频率与预先设定的频率相符合；

步骤6：测试计算机7通过键盘将相位锁定周期平均所需的测试周期值读入数据采集和监控系统6；

为了消除任意噪声和湍流波动的干扰，对具有周期性的压力信号p(t)进行N_enb次相位锁定周期平均。式(1)中ω为振动圆周期，t为时间，N_enb为实验时键盘输入的测试周期值。

$p\left(t\right)=\frac{1}{N_{\mathrm{enb}}}\underset{N=1}{\overset{N_{\mathrm{enb}}}{\mathrm{\Σ}}}p(t+\frac{N}{\mathrm{\ω}})---\left(1\right)$

周期平均后的压力数据被分解为富里叶谐频分量。

$p\left(t\right)=a_0+\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\tilde{p}}_n$

$=a_0+\underset{n}{\mathrm{\Σ}}(a_n\cos \left(\mathrm{n\ωt}\right)+b_n\sin \left(\mathrm{n\ωt}\right))$

$=a_0+\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\left|p_n\right|\sin (\mathrm{n\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)$

φ_n＝arctan(a_n/b_n)(n＝1，2，…)        (2)

公式(2)中a₀为压力信号p(t)的均值，

为压力信号p(t)的非定常部分，称为非定常压力，n为富里叶谐频分量数目。

步骤7：当以上所有准备工作完成后，利用光电探测系统2的测量信号锁定被测振动叶片1振动相位，通过数据采集接口系统5的外部触发器接口，触发数据采集和监测系统6按照预设测试周期值N_enb采集由外置压力传感器系统4测量的被测振动叶片表面非定常压力，由数据采集和监测系统6对测量数据进行相位锁定周期平均分析，并将测量结果图形显示在测试计算机7上，在线判断结果数据的测量质量，若结果数据不符合要求，重新测量，直到测量质量合格，并将测试结果写入测试计算机7的硬盘中；

步骤8：变换下一组测点的连接管22与压力传感器系统4连接，重复上述步骤6-8，直到振动叶片表面所有测点测量完毕，通过电机控制器调整振动频率到下一个气动工况，重复上述步骤5-8，直到所有预设气动工况测量完毕；关闭直流并励电机，停止风洞运转，将保存到测试计算机7的分析结果文件复制到离线数据分析系统中进行分析。

步骤9：测量数据首先在离线数据分析系统的信号频响分析系统9中进行信号的频响分析，然后通过连接管传递函数分析系统10获得连接管长度造成的信号失真修正曲线，对测点与压力传感器系统之间的连接管造成的测量信号畸变影响在信号修正系统11中进行修正，获得被测振动叶片1表面每个测点上的非定常压力幅值，以及非定常压力与被测振动叶片1振动位移之间的相位差，最后通过离线数据分析系统的气动阻尼分析系统13的计算，得到非定常压力确定的振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并对振动叶片1的气弹稳定性进行判断，其中

气动阻尼计算公式：

由叶片简谐振动位移公式D＝m_jsin(ωt)可得叶片振动速度V_blade＝m_jωcos(ωt)，其中m_j是叶片表面局部振动幅值。在一个振动周期内气动力对叶片所做的功率等于非定常压力与速度V_blade的乘积在一个周期内对时间积分：

$W_{\mathrm{period}}={\∫}_T(\underset{n}{\mathrm{\Σ}}{\tilde{p}}_n\·V_{\mathrm{blade}})\mathrm{dt}$

$={\∫}_T\left(\underset{n}{\mathrm{\Σ}}\left(\right|p_n\left|\sin (\mathrm{n\ωt}+{\mathrm{\φ}}_n)\right)\right)\·m_j\mathrm{\ω}\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\mathrm{dt}$

$=\mathrm{\π}{m}_j\left|p_1\right|\sin \left({\mathrm{\φ}}_1\right)---\left(3\right)$

式中π为圆周率，|p₁|是非定常压力第一阶谐频分量幅值，|φ₁|是非定常压力第一阶谐频分量相位角。

非定常压力在单位叶高所作的功W_period沿弦长c积分得到弦向局部气动阻尼ξ_c，负号指示气动力对叶片做正功对应负气动阻尼。

${\mathrm{\ξ}}_c=\underset{c}{\∫}-W_{\mathrm{period}}\mathrm{ds}---\left(4\right)$

弦向局部气动阻尼ξ_c沿叶高不同横截面的分布称为径向局部气动阻尼ξ_h，弦向局部气动阻尼ξ_c沿叶高h积分得到叶片整体气动阻尼ξ。

$\mathrm{\ξ}=\frac{1}{h}{\∫}_h{\mathrm{\ξ}}_c\mathrm{dz}---\left(5\right)$

振动叶片气动弹性稳定性判断依据：

忽略振动叶片的机械阻尼和材料阻尼，如果振动叶片的整体气动阻尼大于0，即ξ＞0，振动叶片气动弹性是稳定的；如果振动叶片的整体气动阻尼小于0，即ξ＜0，振动叶片气动弹性是失稳的；如果振动叶片的整体气动阻尼等于0，即ξ＝0，振动叶片气动弹性处于临界状态。

总之，本发明可以提高振动叶片表面非定常压力测量的空间分辨率，从而提高振动叶片整体气动阻尼的精度；采用光电探测系统触发数据采集系统同步叶片振动位移与被测非定常压力信号之间的相位差，可以在线监测被测信号的测试质量，提高测量精度，减少测量误差；带有连接管的外置压力传感器校准系统成为测量系统的独立模块，有利于进行并行实验管理，节省实验实施的周期。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (7)

1.一种振动叶片表面非定常压力测试系统，其特征在于包括：测试实验台、连接管传递函数测试和分析系统、离线数据分析系统；

所述测试实验台，包括被测振动叶片(1)、直流并励电机及控制系统(2)、光电探测系统(3)、压力传感器系统(4)、数据采集接口系统(5)、数据采集和监控系统(6)、测试计算机(7)；直流并励电机通过曲柄连接机构与叶栅中的被测振动叶片(1)相连接；被测振动叶片(1)表面上装备有多个测点，所述测点通过测点与传感器间连接管(22)与由放置在被测振动叶片(1)外的多个传感器组成的传感器系统(4)连接；压力传感器系统(4)通过数据采集接口系统(5)、数据采集和监控系统(6)与测试计算机(7)连接；数据采集和监控系统(6)通过数据采集接口系统(5)的外部触发器接口获得光电探测系统(3)测量的被测振动叶片(1)的振动频率，判断是否与预设频率值相符，如果不相符，则数据采集和监控系统(6)将信号送入直流并励电机及控制系统(2)，通过电机控制器调节直流并励电机转速，直到符合预设频率值；同时数据采集和监控系统(6)按照预设测试周期值采集由压力传感器系统(4)测量的被测振动叶片(1)表面非定常压力，并对采集的N_enb组测量数据进行相加并除以测试周期值N_enb，得到测量数据的相位锁定周期平均结果，将此结果送入测试计算机(7)中，测试计算机(7)在线判断结果数据的测量质量，若测量结果数据不符合要求，则将判别结果返回数据采集和监控系统(6)，数据采集和监控系统(6)根据判别信息重新采集数据；如果测量结果数据合格，将判别结果返回数据采集和监控系统(6)，数据采集和监控系统(6)则进行新一组测点的测量，直到一个气动工况下，叶片表面所有的测点测量完毕，然后根据需要进行下一个气动工况下叶片表面非定常压力的测量；

所述连接管传递函数测试和分析系统包括连接管传递函数测试装置(23)和连接管传递函数分析系统(10)；所述连接管传递函数测试装置(23)用于获得连接管(22)传递函数的两组测量数据，即扫频压力信号和由连接管(22)造成畸变后的扫频压力信号，并提供给连接管传递函数分析系统(10)；所述连接管传递函数分析系统(10)根据所述两组测量数据计算多个测点与传感器间连接管(22)的振动叶片非定常压力信号失真的修正信息，提供给离线数据分析系统；

所述离线数据分析系统，根据测试计算机(7)的测量结果和连接管的传递函数测试和分析系统得到的在不同长度连接管下不同振动频率下振动叶片非定常压力信号失真的修正信息，得到预定气动状态下振动叶片的气动阻尼，即振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并判断振动叶片的气动弹性稳定性。

2.根据权利要求1所述的振动叶片表面非定常压力测试系统，其特征在于：所述光电探测系统(3)还串联一个数码计数器(21)，在调整电机转速时用于在线监控转速变化值。

3.根据权利要求1或2所述的振动叶片表面非定常压力测试系统，其特征在于：所述连接管传递函数测试装置(22)由扫频信号发生器(14)，声频放大器(15)、扬声器(16)、隔振橡胶管(17)、密闭空腔(18)、测点与传感器间的连接管(22)、实验用传感器(19)和参考传感器(20)组成；由扫频信号发生器(14)产生的频率不同的一组扫频信号通过声频放大器(15)放大后输入扬声器(16)，为避免扬声器(16)的物理共振对压力信号的影响，使用一根隔振橡胶管(17)连接密闭空腔(18)；参考传感器(20)直接与密闭空腔(18)相连接，用于测量密闭空腔(18)中的扫频压力信号数据，由此获得扫频压力信号；实验用传感器(19)通过测点与传感器间的连接管(22)与密闭空腔(18)相连接，获得密闭空腔(18)的畸变扫频压力信号数据，由此得到由连接管(22)造成畸变后的扫频压力信号。

4.根据权利要求1或2所述的振动叶片表面非定常压力测试系统，其特征在于：所述离线数据分析系统由存储介质(8)、非定常压力信号频响分析(9)、非定常压力信号失真修正系统(11)、制图系统(12)和气动阻尼分析系统(13)组成；存储介质(8)按照规定的格式保存测试计算机(7)中所有从被测振动叶片(1)来的测试结果；非定常压力信号频响分析系统(9)将存储介质(8)中得到的测试结果数据从时域形式变为频域形式，得到每个测点的非定常压力信号与振动频率一致的频响分量；非定常压力信号失真修正系统(11)通过连接管传递函数分析系统(10)提供计算非定常压力信号失真修正曲线，将每个测点上获得的非定常压力信号在频域中修正由测点与压力传感器系统(4)之间的连接管(22)造成的信号失真，得到修正后的振动叶片非定常压力信号送至制图系统(12)；制图系统(12)使用修正后的振动叶片非定常压力信号建立被测振动叶片表面的非定常压力图；将振动叶片上所有测点上测量的一个振动周期内的修正后的非定常压力数据输入气动阻尼分析系统(13)，通过气动阻尼分析系统(13)计算得到预定气动工作状态下振动叶片的气动阻尼总量，并判断振动叶片的气动弹性稳定性。

5.根据权利要求1或2所述的振动叶片表面非定常压力测试系统，其特征在于：所述电机控制器由晶闸管变流器组成，通过晶闸管变流器改变电枢电压调整直流并励电机转速。

6.一种振动叶片表面非定常压力测试方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤1：将叶栅中的被测振动叶片(1)采用铰链安装在风洞外壁上，直流并励电机通过曲柄连杆机构与被测振动叶片(1)相连接；

步骤2：电机控制器输出控制命令驱动直流并励电机，直流并励电机再驱动被测叶片，以模拟振动叶片三维弯曲振动；

步骤3：光电探测系统(3)采集被测振动叶片(1)的振动频率和振动相位锁定的信息通过数据采集接口系统(5)的外部触发器接口送入数据采集和监控系统(6)；

步骤4：数据采集和监控系统(6)判断被测振动叶片(1)的振动频率值是否与预设振动频率值相符，如果不相符，则数据采集和监控系统(6)将所述振动频率送入直流并励电机及控制系统(2)，通过电机控制器调节直流并励电机转速，直到符合预设频率值；同时数据采集和监控系统(6)按照预设测试周期值采集由压力传感器系统(4)测量的被测振动叶片(1)表面非定常压力，并对采集的N_enb组测量数据进行相加并除以测试周期值N_enb，得到测量数据的相位锁定周期平均结果，将此结果送入测试计算机(7)中；

步骤5：测试计算机(7)在线判断结果数据的测量质量，若测量结果数据不符合要求，则将判别结果返回数据采集和监控系统(6)，数据采集和监控系统(6)根据判别信息重新采集数据；如果测量结果数据合格，将判别结果返回数据采集和监控系统(6)，数据采集和监控系统(6)则进行新一组测点的测量，直到一个气动工况下，叶片表面所有的测点测量完毕，然后根据需要进行下一个气动工况下叶片表面非定常压力的测量；

步骤6：变换下一组测点的连接管与压力传感器系统(4)连接，重复上述步骤(2)-(5)，直到振动叶片表面所有测点测量完毕，通过电机控制器调整振动频率到下一个气动工况，重复上述步骤(2)-(5)，直到所有预设气动工况测量完毕；关闭直流并励电机，停止风洞运转，将保存到测试计算机(7)的分析结果文件复制到离线数据分析系统中进行分析；

步骤7：测量结束后，通过离散分析系统得到预定气动状态下振动叶片的气动阻尼，即振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并判断振动叶片的气动弹性稳定性。

7.根据权利要求1所述的振动叶片表面非定常压力测试方法，其特征在于：所述离线数据分析系统中通过信号频响分析系统(9)进行信号的频响分析，然后通过连接管传递函数分析系统(10)获得测点与传感器间的连接管造成的信号失真修正曲线，对测点与压力传感器系统之间的连接管(22)造成的测量信号畸变影响在信号修正系统(11)中进行修正，获得被测振动叶片(1)表面每个测点上的非定常压力幅值，以及非定常压力与被测振动叶片(1)振动位移之间的相位差，最后通过离线数据分析系统的气动阻尼分析系统(13)的计算，由测量的非定常压力确定振动叶片的弦向局部气动阻尼、径向局部气动阻尼以及叶片整体的气动阻尼，并对振动叶片1的气弹稳定性进行判断。

Images