CN105571866A - 一种发动机振动图谱提取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种发动机振动图谱提取方法，包括如下步骤：1)振动图谱重要特征、控制参数与影响参数的定义；2)振动响应提取区域与位置定义，进行整机振动测试的测点布置；3)典型发动机机型选取及表面振动信号测量；4)完成关心区域振动位置频谱提取及组集；5)通过多种机型的试验测试以及仿真分析工作，形成发动机振动图谱提取方法；6)形成发动机振动图谱，再通过大量试验及仿真数据结合，形成系列机型图谱族。本发明具有以下优势：通过大量试验及仿真数据结合，完成系列机型图谱族的绘制，满足发动机振动测试试验过程及试验结果的可追溯性，为新开发机型性能和结构参数选择提供设计参考依据。

Description

一种发动机振动图谱提取方法

技术领域

本发明属于发动机减振技术领域，尤其是涉及一种发动机振动图谱提取方法。

背景技术

振动控制技术的构建依赖于对代表振动特征的有限、敏感特征参数及其变化规律的提取；其复杂性在于整机典型结构件组成部分的多样性和组合的多变性；其难度在于在复杂系统中，从大量的设计参数中提取有代表性的特征参数，实现图谱的构建，指导发动机结构选型及结构振动仿真。

目前，对于发动机结构设计普遍采用“画—制—试”的基本模式，亟待开发一种发动机振动图谱，通过对发动机表面关心区域振动参数(加速度、速度、位移等)在频率域内随发动机性能参数变化的谱线族以及关心的频率点处表面振动参数云图的获取，摸清发动机表面振动参数在空间分布和频域内随性能和结构参数的变化规律，更深入的掌握存量发动机振动特性；为新开发机型性能和结构参数选择提供设计参考依据；为结构振动仿真模型的校验与修正提供依据。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种发动机振动图谱提取方法，以形成发动机振动图谱为新开发机型性能和结构参数选择提供设计参考依据。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种发动机振动图谱提取方法，包括如下步骤：

1)振动图谱重要特征、控制参数与影响参数的定义；

2)振动响应提取区域与位置定义，进行整机振动测试的测点布置；即根据不同国际标准、国家标准或用户要求，进行整机测试和仿真测点选取及定位，完成发动机振动响应提取区域与位置定义，其将用于后期试验数据关联与存储，以及整机振型显示。

3)典型发动机机型选取，并对步骤2)中测点进行表面振动信号测量及测量数据的仿真校对，通过对测试数据的二次处理得到步骤1)中定义的重要特征、控制参数与影响参数的数据；

4)将上述3)得到的测试数据与整机三维模型或ODS图进行关联，完成关心区域振动位置频谱提取及组集；

5)因为通过试验测试方法获取各测点试验数据毕竟有限，利用物理模型和仿真一致性技术，运用仿真的方法可获取其余非试验测点的振动状态；通过多种机型的试验测试以及仿真分析工作，利用步骤3)反复的进行应用和校核，逐步减少试验测点数量，形成发动机振动图谱提取方法；

6)通过步骤5)振动提取方法形成发动机振动图谱，再通过大量试验及仿真数据结合，形成系列机型图谱族。

进一步的，步骤1)中重要特征：根据实际或预测的发动机运行工况，可直观显示整机不同工况的振动烈度最大值；

控制参数及影响参数包括：发动机结构布置形式，发动机强化程度，发动机转速、扭矩、当量振动烈度。

进一步的，步骤2)中还要形成用于指导试验及数据存储的ODS图形。

进一步的，步骤3)中包含如下内容：

对发动机各稳态或瞬态工况进行试验测试，使用振动信号数据采集系统进行各测点三向振动原始时域信号采集，选取关心频率范围，利用频域数据处理方法，得到单测点单方向振动加速度数据，进行傅里叶积分，得到单测点单方向的振动速度数据，再进行傅里叶积分，得到单测点单方向的振动位移数据；

发动机振动测试完成后，通过计算求得当量振动烈度，当量振动烈度的计算公式为：

$v_s=\sqrt{{\left(\frac{{\mathrm{\Σv}}_x}{N_x}\right)}^2+{\left(\frac{{\mathrm{\Σv}}_y}{N_y}\right)}^2+{\left(\frac{{\mathrm{\Σv}}_z}{N_z}\right)}^2}$

其中：v_s是当量振动烈度，mm/s；v_x，v_y，v_z是x，y，z三个方向上各规定测点的振动速度均方根值，mm/s；N_x，N_y，N_z为x，y，z三个方向上的测点数；

完成全部试验工况点测试后，将试验数据进行二次处理，再利用矩阵图形处理方法形成整机负荷特性工况振动烈度分布图，并将测点相关数据与2)步骤形成的ODS测点图进行关联。

进一步的，步骤3)中，完成全部试验工况点测试后，将试验数据进行二次处理，形成瀑布图、能量图、各阶次转速切片、能量切片和部件振动贡献率。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

通过对发动机表面关心区域振动参数(加速度、速度、位移等)在频率域内随发动机性能参数变化的谱线族以及关心的频率点处表面振动参数云图的获取，摸清发动机表面振动参数在空间分布和频域内随性能和结构参数的变化规律，更深入的掌握存量发动机振动特性；通过大量试验及仿真数据结合，完成系列机型图谱族的绘制，满足发动机振动测试试验过程及试验结果的可追溯性，为新开发机型性能和结构参数选择提供设计参考依据；为结构振动仿真模型的校验与修正提供依据。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述发动机振动图谱提取方法的流程图；

图2为本发明实施例单一工况点的振动烈度分布图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例发动机振动图谱提取方法，如图1所示，包括如下步骤：

a、振动图谱重要特征、控制参数与影响参数的定义；

振动图谱的重要特征：根据实际或预测的发动机运行工况，可直观显示整机不同工况的振动烈度最大值；

控制参数及影响参数包括：发动机结构布置形式，发动机强化程度，发动机转速、扭矩、当量振动烈度。

b、振动响应提取区域与位置定义；

进行整机振动测试的测点布置，并形成用于指导试验及数据存储的ODS图形，其将用于后期试验数据关联与存储，以及整机振型显示。

c、典型发动机机型选取与表面振动信号测量及测量数据的仿真校对；

本实施例选取典型机型后，

首先，对发动机整机稳态负荷特性工况进行试验测试，测试结果见下表1，其中试验工况中必须包含外特性曲线，常用工况以及用户指定关注工况。

表1发动机稳态试验工况

之后，在各稳态或瞬态工况试验过程中，使用振动信号数据采集系统进行各测点三向振动原始时域信号采集，选取关心频率范围，利用频域数据处理方法，得到单测点单方向振动加速度数据，进行傅里叶积分，得到单测点单方向的振动速度数据，再进行傅里叶积分，得到单测点单方向的振动位移数据。部分测点单一工况试验处理数据见下表2：

之后，发动机振动测试完成后，根据所选不同标准方法，(数据处理会有所不同)，如果采用GB7184-87或国军标，需要取三次以上读数的平均值，并通过计算求得当量振动烈度。当量振动烈度的计算公式为：

$v_s=\sqrt{{\left(\frac{{\mathrm{\Σv}}_x}{N_x}\right)}^2+{\left(\frac{{\mathrm{\Σv}}_y}{N_y}\right)}^2+{\left(\frac{{\mathrm{\Σv}}_z}{N_z}\right)}^2}$

其中：v_s是当量振动烈度，mm/s；v_x，v_y，v_z是x，y，z三个方向上各规定测点的振动速度均方根值，mm/s；N_x，N_y，N_z为x，y，z三个方向上的测点数。

数据处理结果如下表3所示：

表3振动数据处理结果1

如果采用GB10397-2003或GB/T7184-2008，则直接根据所测数据进行振动评判。数据处理方式如下表4所示：

表4振动数据处理结果2

完成全部试验工况点测试后，将试验数据进行二次处理，形成瀑布图、能量图、各阶次转速切片和部件振动贡献率，利用矩阵图形处理方法形成整机负荷特性工况振动烈度分布图(X轴为发动机转速、Y轴为发动机扭矩、Z轴为该工况下整机最大振动烈度)，如图2所示，图中颜色深浅代表整机振动水平的高低。

本实施例以图2所示星形试验工况为例，即1400r/min，600N·m工况点内包含以下数据内容：试验工况、整机模型、整机结构布置、测点布置、全部测点原始试验数据、各单一测点单一方向振动瀑布图、能量图、各阶次转速切片、各工况各阶次部件贡献率，以上全部数据都与b步骤形成的ODS测点图进行关联，便于提取与追源。

d、关心区域振动位置频谱提取及组集；

将上述c步骤得到的包含振动试验测试设备构成及测点布置参数、全部振动测点原始数据、二次处理数据(瀑布图、能量图、阶次切片和能量切片等)、整机振动仿真结果数据和部件贡献数据等与整机三维模型或ODS图进行关联，完成关心区域振动位置频谱提取及组集。

e、形成发动机振动图谱提取方法；

通过多种机型的试验测试以及仿真分析工作，利用步骤c反复的进行应用和校核，逐步减少试验测点数量(用于校准仿真结果正确性)，形成发动机振动图谱提取方法。

f、形成典型发动机振动图谱及系列机型图谱族；

形成发动机振动图谱，再通过大量试验及仿真数据结合，可形成系列机型图谱族(见附图2)，满足发动机振动测试试验过程及试验结果的可追溯性，为新开发系列机型的性能和结构参数选择提供设计参考依据。

本发明实施例在图谱中点选其中任意一工况，可查看其完整数据来源，包括测点位置、各类原始数据和后处理数据等，从而满足发动机振动测试试验过程及试验结果的可追溯性，为新开发系列机型的性能和结构参数选择提供设计参考依据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种发动机振动图谱提取方法，其特征在于包括如下步骤：

1)振动图谱重要特征、控制参数与影响参数的定义；

2)振动响应提取区域与位置定义，进行整机振动测试的测点布置；

3)典型发动机机型选取，并对步骤2)中测点进行表面振动信号测量及测量数据的仿真校对，通过对测试数据的二次处理得到步骤1)中定义的重要特征、控制参数与影响参数的数据；

4)将上述3)得到的测试数据与整机三维模型或ODS图进行关联，完成关心区域振动位置频谱提取及组集；

5)通过多种机型的试验测试以及仿真分析工作，利用步骤3)反复的进行应用和校核，逐步减少试验测点数量，形成发动机振动图谱提取方法；

6)通过步骤5)振动提取方法形成发动机振动图谱，再通过大量试验及仿真数据结合，形成系列机型图谱族。

2.根据权利要求1所述的发动机振动图谱提取方法，其特征在于：步骤1)中重要特征：根据实际或预测的发动机运行工况，可直观显示整机不同工况的振动烈度最大值；

控制参数及影响参数包括：发动机结构布置形式，发动机强化程度，发动机转速、扭矩、当量振动烈度。

3.根据权利要求1所述的发动机振动图谱提取方法，其特征在于：步骤2)中还要形成用于指导试验及数据存储的ODS图形。

4.根据权利要求3所述的发动机振动图谱提取方法，其特征在于：步骤3)中包含如下内容：

对发动机各稳态或瞬态工况进行试验测试，使用振动信号数据采集系统进行各测点三向振动原始时域信号采集，选取关心频率范围，利用频域数据处理方法，得到单测点单方向振动加速度数据，进行傅里叶积分，得到单测点单方向的振动速度数据，再进行傅里叶积分，得到单测点单方向的振动位移数据；

发动机振动测试完成后，通过计算求得当量振动烈度，当量振动烈度的计算公式为：

$v_s=\sqrt{{\left(\frac{{\mathrm{\Σv}}_x}{N_x}\right)}^2+{\left(\frac{{\mathrm{\Σv}}_y}{N_y}\right)}^2+{\left(\frac{{\mathrm{\Σv}}_z}{N_z}\right)}^2}$

其中：v_s是当量振动烈度，mm/s；v_x，v_y，v_z是x，y，z三个方向上各规定测点的振动速度均方根值，mm/s；N_x，N_y，N_z为x，y，z三个方向上的测点数；

完成全部试验工况点测试后，将试验数据进行二次处理，再利用矩阵图形处理方法形成整机的振动烈度分布图，并将测点相关数据与2)步骤形成的ODS测点图进行关联。

5.根据权利要求4所述的发动机振动图谱提取方法，其特征在于：步骤3)中，完成全部试验工况点测试后，将试验数据进行二次处理，形成瀑布图、能量图、各阶次转速切片、能量切片和部件振动贡献率。