CN110068439B - 转子叶片多模态振动激励装置及其激励方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种转子叶片多模态振动激励装置及其激励方法，电机经由联轴器带动主轴旋转，主轴与整体叶盘通过花键连接，气泵喷出的气体经由分流阀输送至激励喷嘴，对整体叶盘进行气动激励，处理单元连接转速传感器和叶端定时传感器，根据记录的所述转速时基信号和叶片到达时间信号，处理单元生成转子叶片的振动信息，本装置的激励喷嘴部分采用均布形式，能够根据试验需求激励出多阶振动模态或激励出某一高阶的单模态振动。解决了叶片难以产生高阶模态振动和多模态振动的问题，对于转子叶片非接触式测量叶端定时系统的构建具有重要意义。

Description

转子叶片多模态振动激励装置及其激励方法

技术领域

本发明涉及旋转机械转子叶片振动测试技术领域，特别是一种转子叶片多模态振动激励装置及其激励方法。

背景技术

转叶片是航空发动机中的重要零部件。航空发动机工作时的恶劣环境，容易使叶片产生振动，由于发动机失速、喘振等现象，实际叶片振动的状况十分复杂。每年航空公司在发动机的维修与监测上都要投入巨额的资金。为了在保障飞行安全的同时，降低航空发动机的运行维护成本，视情维修是当下航空公司追求的目标。为了确保叶片工作过程中的安全，必须采用实时监测手段，才能更及时有效地避免叶片故障的发生。

叶端定时技术作为一种非接触测量技术，在航空发动机旋转叶片的健康监测上有着重要作用。叶端定时技术通过在发动机机匣上安装传感器，检测叶片到达传感器的时间，从而计算出叶片顶端振动位移的大小并通过各类技术方法从中提取出叶片振动的各项参数。由于采用实际发动机试车试验条件要求高，消耗资源大，因此有必要搭建简易叶端定时试验台来模拟航空发动机的运行状况，从而验证各种叶端定时技术方法的可行性。实际发动机运行时工况复杂，叶片会受到高温、扰流等各种极端因素的影响，而且发动机的叶片尺寸较大，容易激励出固有频率。而试验台环境的单一性以及叶片尺寸小的特点使得叶片难以产生实际运行时的多模态振动和高阶模态振动。因此需要人为的施加一定的外部激励使叶片产生相应的振动，提供叶端定时技术各类技术方法所需的试验条件。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

为解决上述现有技术的不足之处，本发明提供一种转子叶片多模态振动激励装置及其激励方法，使得叶端定时试验台叶片振动产生多模态和高阶模态振动。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。

本发明的一个方面，一种转子叶片多模态振动激励装置包括，

电机，其安装在电机底座上，所述电机经由联轴器带动主轴旋转，

轴承，其安装于轴承座，所述轴承支撑所述主轴，所述轴承座设有测量主轴转速时基信号的转速传感器，

整体叶盘，其经由花键连接所述主轴，

传感器固定座，其环绕所述整体叶盘，所述传感器固定座上安装用于测量整体叶盘的叶片到达时间信号的叶端定时传感器，

气泵，其生成的高压气体经过分流阀进行分流，

喷嘴支架，其设有多个等间距分布的安装孔，所述安装孔对应于所述整体叶盘的叶片，

多个激励喷嘴，其经由所述安装孔固定，所述激励喷嘴经由软管连通所述分流阀以将分流的高压气体激励所述整体叶盘，

处理单元，其连接所述转速传感器和叶端定时传感器，其中，

根据记录的所述转速时基信号和叶片到达时间信号，处理单元生成转子叶片的振动信息。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，转速传感器测量的整体叶盘转速为n，等间距布置的激励喷嘴数目为k，基于叶片到达时间信号得到激励产生的谐波倍频为m，处理单元得到所述激励装置激发出的叶片振动频率

其中EO为叶片振动的阶次。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，叶片的各阶固有频率为f₁，f₂...f_N，当需要叶片产生多模态振动时，选择激励喷嘴的数目k满足条件

其中m₁，m₂...m_N为激励产生多个谐波倍频，其取值均为正整数，N表示叶片多模态振动的模态数目，n为整体叶盘转速，当需要叶片产生单模态的高阶振动时，单模态的振动固有频率为f_objective，选择激励喷嘴的数目k满足条件

并且对

均满足

其中，m_objective为一确定正整数，m_r任意正整数，A为所有正整数的集合，f_r为叶片除f_objective外的任意阶固有频率，B为叶片所有模态的固有频率集合。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，喷嘴支架设有多个半径不同的激励喷嘴安装区域以对应可激励叶片的不同部位，激励喷嘴的数目和角度根据叶片有限元分析得到的固有频率以及电机的转速确定以保证使用的激励喷嘴的安装位置在圆周上呈均布状态。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，位于主轴端部的整体叶盘形成悬臂结构。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，所述转子叶片多模态振动激励装置包括至少一个用于支承分流阀的分流阀支架和环绕所述整体叶盘的机匣，所述机匣设有用于安装传感器固定座的多个安装槽，其间隔为3°，所述分流阀支架包括，

方形槽，其用于容纳分流阀及其进气口和出气口，

安装柱，其在水平面内定位分流阀支架，

支撑筒，其在垂直方向上定位分流阀支架。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，激励喷嘴前端设有凸台结构，后端设螺纹，激励喷嘴螺纹经由螺母配合以固定于所述安装孔，凸台结构与喷嘴支架外表面抵接。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，电机底座与轴承座的高度关系使得电机的转轴与主轴之间的同轴度公差在联轴器的可补偿范围内。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，其采用均布的激励喷嘴对叶片进行激励，在同一转频下产生更高阶次的叶片振动。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，其包括底座、高速电机、主轴、整体叶盘、气泵、分流阀、激励喷嘴、喷嘴支架、叶端定时测量系统；高速电机经由联轴器带动主轴旋转，主轴与整体叶盘通过花键连接，气泵喷出的气体经由分流阀输送至激励喷嘴，对整体叶盘进行气动激励，叶端定时测量系统对受到激励的转子叶片的振动信息进行采集。

所述的转子叶片多模态振动激励装置中，电机底座与轴承座的高度应保证高速电机的转轴与主轴之间的同轴度公差在联轴器的可补偿范围内。整体叶盘位于主轴的端部，采用悬臂结构使得试验装置的叶盘安装位置与航空发动机实际安装位置相同。

本发明的进一步改进在于，分流阀在进行激励前，应将各出口流量调节至相同大小，使叶片在经过每个激励喷嘴时能受到大小相同的气动激励。喷嘴支架上有三个半径不同的激励喷嘴安装区域，对应可激励叶片顶部、中部和底部。在对整体叶盘施加气动激励时，根据叶片有限元分析得到的固有频率以及高速电机的转速确定使用激励喷嘴的数目和角度，以保证使用的激励喷嘴的安装位置在圆周上呈均布状态。

本发明的进一步改进在于，激励喷嘴前端设计有凸台结构，后端加工有螺纹，安装时激励喷嘴后端穿过喷嘴支架上的安装孔，前端凸台与喷嘴支架的一面接触，另一面使用螺母与激励喷嘴后端的螺纹相配合，约束激励喷嘴除沿自身轴线转动外的其余5个自由度。

本发明的进一步改进在于，分流阀安装在分流阀支架上，分流阀的进气口、出气口以及分流阀主体均嵌于分流阀支架上的方形槽内，在气泵输出高气压时，分流阀能在分流阀支架上保持稳定工作状态，不产生剧烈晃动，保证出口气流即气动激励的稳定性。

本发明的进一步改进在于，分流阀支架之间，在水平面内使用安装柱进行定位，在垂直方向上使用支撑筒进行定位，在垂直方向上可根据实际分流口数目的需要，串装多个分流阀支架。

本发明的进一步改进在于，当整体叶盘转速为n，等间距布置的喷嘴数目为k，激励产生的谐波倍频为m，由该激励装置激发出的叶片振动频率

其中EO为叶片振动的阶次。在此条件下，是否能充分对叶片进行激励与叶片形状与喷气强度相关。

本发明的进一步改进在于，若所关注叶片的各阶固有频率为f₁，f₂...f_N，当需要叶片产生多模态振动时，选择激励喷嘴的数目k应满足条件

其中m₁，m₂...m_N为激励产生多个谐波倍频，其取值均为正整数，N表示关注的叶片多模态振动的模态数目，n为整体叶盘转速。当需要叶片产生单模态的高阶振动时，设该模态的振动固有频率为f_objective，选择激励喷嘴的数目k应该满足条件

并且对

均满足

其中m_objective为一确定正整数，m_r任意正整数，A为所有正整数的集合，f_r为叶片除f_objective外的任意阶固有频率，B为叶片所有模态的固有频率集合。

本发明的进一步改进在于，机匣上有用于安装传感器固定座的安装槽，其间隔为3°，即叶端定时传感器的安装角度以3°为一步长进行变化，确保传感器安装位置采集的数据能准确记录叶片多模态振动信息。

根据本发明的另一方面，一种利用所述的转子叶片多模态振动激励装置的激励方法步骤包括：

第一步骤中，基于整体叶盘的叶片结构建立单个叶片三维模型，

第二步骤中，基于叶片三维模型网格划分并施加约束条件，对叶片进行模态仿真得到叶片的模态振型，基于所述阶模态振型得到叶片的固有频率，

第三步骤中，处理单元基于所述固有频率和电机带动整体叶盘的转速确定叶片振动阶次。

所述的激励方法中，第二步骤中，基于所述阶模态振型得到叶片前三阶固有频率为f₁，f₂，f₃，已知叶片的第一阶固有频率f₁，选取谐波倍频m₁，使之为最易激励状态，对所需激励喷嘴数目k进行试探计算：

其中[]代表取整数符号

选用任意k个夹角为

的激励喷嘴对叶片的顶部进行激励，即可在整体叶盘的工作转速下激励出叶片的一阶固有频率，

校验2个激励喷嘴能否满足其余各阶固有频率的激励需求：

其中，f₂为叶片的二阶固有频率，f₃为叶片的三阶固有频率，k为激励喷嘴数目，n为整体叶盘转速，m₂为激出叶片二阶固有频率的谐波倍频，m₃为激出叶片三阶固有频率的谐波倍频，当m₂和m₃都与其最近整数相差ε以内时，说明选用k个夹角为

的激励喷嘴即可激出叶片的多模态振动。

激励叶片产生单模态的高阶振动频率包括步骤如下：

在激励喷嘴数目的选择上避开可能使叶片产生其余阶次固有频率的谐波倍频，设叶片的二阶固有频率f₂。

对所需激励喷嘴数目k进行试探计算：

其中[]代表取整数符号

其中，f₂为叶片的二阶固有频率，k为激励喷嘴数目，n为整体叶盘转速，m₂为激出叶片二阶固有频率的谐波倍频。m₂取值应为正整数，且对应激励喷嘴数目k也应为正整数。m₂允许取值为m₂＝{m₂₁，m₂₂，...}，对应的激励喷嘴数目k允许取值为k＝{k₁，k₂，...}

计算此时可激出的一阶固有频率f₁的谐波倍频：

由谐波倍频为整数性质，选择激励喷嘴的数目k使得m′₁的取值远离整数，避免激出叶片的一阶固有频率。同理，三阶固有频率谐波倍频：

选择激励喷嘴数目选择k应同时使得m′₃的取值远离整数，使激发三阶固有频率的概率更小。使得选择激励喷嘴数目k只激发叶片二阶固有频率的高阶单模态振动特性。

综上所述，本发明有以下创新点与优势：

本发明解决了叶片难以产生多模态同步振动和单模态高阶振动的难题。可在叶片转速较低的情况下激励出高阶模态振动，以满足叶端定时技术方法的检测需求，本发明采用均布的激励喷嘴对叶片进行激励，在同一转频下产生更高阶次的叶片振动，能够根据需求激励出多阶振动模态或激励出某一高阶的单模态振动。解决了叶片难以产生高阶模态振动和多模态振动的问题，对于转子叶片非接触式测量叶端定时系统的构建具有重要意义。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1是激励装置的主视图；

图2是激励装置的左视图；

图3是激励装置的俯视图；

图4是激励喷嘴及其支架的三维图；

图5是激励喷嘴安装的放大剖视图；

图6是分流阀支架的放大剖视图；

图7(a)至图7(c)是叶片前三阶模态振型图，其中，图7(a)第一阶模态，图7(b)第二阶模态，图7(c)第三阶模态；

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至附图7(c)更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，图1是根据本发明一个实施例的转子叶片多模态振动激励装置的结构示意图，一种转子叶片多模态振动激励装置，其包括，

电机1，其安装在电机底座2上，所述电机1经由联轴器3带动主轴4旋转，

轴承7，其安装于轴承座5，所述轴承7支撑所述主轴4，所述轴承座5设有测量主轴4转速时基信号的转速传感器6，

整体叶盘14，其经由花键连接所述主轴4，

传感器固定座15，其环绕所述整体叶盘14，所述传感器固定座15上安装用于测量整体叶盘14的叶片到达时间信号的叶端定时传感器16，

气泵，其生成的高压气体经过分流阀9进行分流，

喷嘴支架11，其设有多个等间距分布的安装孔，所述安装孔对应于所述整体叶盘14的叶片，

多个激励喷嘴8，其经由所述安装孔固定，所述激励喷嘴8经由软管13连通所述分流阀9以将分流的高压气体激励所述整体叶盘14，

处理单元，其连接所述转速传感器6和叶端定时传感器16，其中，

根据记录的所述转速时基信号和叶片到达时间信号，处理单元生成转子叶片的振动信息。

所述的转子叶片多模态振动激励装置的一个实施例中，转速传感器6测量的整体叶盘14转速为n，等间距布置的激励喷嘴8数目为k，基于叶片到达时间信号得到激励产生的谐波倍频为m，所述激励装置激发出的叶片振动频率

其中EO为叶片振动的阶次。

所述的转子叶片多模态振动激励装置的一个实施例中，叶片的各阶固有频率为f₁，f₂...f_N，当需要叶片产生多模态振动时，选择激励喷嘴8的数目k满足条件

其中m₁，m₂...m_N为激励产生多个谐波倍频，其取值均为正整数，N表示叶片多模态振动的模态数目，n为整体叶盘14转速，当需要叶片产生单模态的高阶振动时，单模态的振动固有频率为f_objective，选择激励喷嘴8的数目k满足条件

并且对

均满足

其中，m_objective为一确定正整数，m_r任意正整数，A为所有正整数的集合，f_r为叶片除f_objective外的任意阶固有频率，B为叶片所有模态的固有频率集合。

所述的转子叶片多模态振动激励装置的另一个实施例中，喷嘴支架11设有多个半径不同的激励喷嘴8安装区域以对应可激励叶片的不同部位，激励喷嘴8的数目和角度根据叶片有限元分析得到的固有频率以及电机1的转速确定以保证使用的激励喷嘴8的安装位置在圆周上呈均布状态。

所述的转子叶片多模态振动激励装置的另一个实施例中，位于主轴4端部的整体叶盘14形成悬臂结构。

所述的转子叶片多模态振动激励装置的另一个实施例中，所述转子叶片多模态振动激励装置包括至少一个用于支承分流阀9的分流阀支架17和环绕所述整体叶盘14的机匣10，所述机匣10设有用于安装传感器固定座15的多个安装槽，其间隔为3°，所述分流阀支架17包括，

方形槽，其用于容纳分流阀9及其进气口和出气口，

安装柱18，其在水平面内定位分流阀支架17，

支撑筒19，其在垂直方向上定位分流阀支架17。

所述的转子叶片多模态振动激励装置的另一个实施例中，激励喷嘴8前端设有凸台结构，后端设螺纹，激励喷嘴8螺纹经由螺母12配合以固定于所述安装孔，凸台结构与喷嘴支架11外表面抵接。

所述的转子叶片多模态振动激励装置的另一个实施例中，电机底座2与轴承座5的高度关系使得电机1的转轴与主轴4之间的同轴度公差在联轴器3的可补偿范围内。

为了进一步理解本发明，下面结合附图1至附图7(c)及一个具体实施例对本发明作进一步描述，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而本发明的应用对象不局限下述示例。

参见图1，本发明一种转子叶片多模态振动激励装置包括高速电机1安装在电机底座2上，经由联轴器3带动主轴4旋转，轴承7安装于轴承座5上对主轴起支撑作用，主轴4与整体叶盘14间使用花键连接，当高速电机运转时，气泵产生的高压气体经过分流阀9进行分流，由软管13将分流后的气体输送到固定于喷嘴支架11上的激励喷嘴8，对整体叶盘14进行激励。其中，喷嘴支架10上等间距加工有24个激励喷嘴8的安装孔。由安装在传感器固定座15上的叶端定时传感器16记录整体叶盘14上叶片的到达时间信号，处理单元将其与转速传感器6记录的转速时基信号相减，计算叶片的振动幅值。

一种利用所述的转子叶片多模态振动激励装置的激励方法步骤包括：

第一步骤S1中，基于整体叶盘14的叶片结构建立单个叶片三维模型，

第二步骤S2中，基于叶片三维模型网格划分并施加约束条件，对叶片进行模态仿真得到叶片的模态振型，基于所述阶模态振型得到叶片的固有频率，

第三步骤S3中，处理单元基于所述固有频率和电机1带动整体叶盘14的转速确定叶片振动频次。

所述的激励方法中，第二步骤中，基于所述阶模态振型得到叶片前三阶固有频率为f₁，f₂，f₃，已知叶片的第一阶固有频率f₁，选取谐波倍频m₁，使之为最易激励状态，对所需激励喷嘴8数目k进行试探计算：

其中[]代表取整数符号

选用任意k个夹角为

的激励喷嘴8对叶片的顶部进行激励，即可在整体叶盘14的工作转速下激励出叶片的一阶固有频率，

校验k个激励喷嘴8能否满足其余各阶固有频率的激励需求：

其中，f₂为叶片的二阶固有频率，f₃为叶片的三阶固有频率，k为激励喷嘴数目，n为整体叶盘转速，m₂为激出叶片二阶固有频率的谐波倍频，m₃为激出叶片三阶固有频率的谐波倍频，当m₂和m₃都与其最近整数相差ε以内时，说明选用k个夹角为

的激励喷嘴即可激出叶片的多模态振动。

在一个实施例中，使叶片产生多模态振动或单一高阶模态振动的具体步骤如下：

1)建立单个叶片三维模型。利用Solidworks软件建立单个叶片的结构模型，叶片结构，其中叶片长为48mm，宽20mm，厚1mm。

2)使用有限元分析软件Ansys分析单个叶片振动频率，不考虑叶片与轮盘耦合振动。将模型导入Ansys软件中，对叶片模型进行网格划分并施加约束条件，对叶片进行模态仿真得到叶片的前三阶模态振型图如图7(a)至图7(c)。由图可知，叶片前三阶固有频率为f₁＝333.08Hz，f₂＝1806.03Hz，f₃＝2076.52Hz。

3)确定高速电机带动整体叶盘的工作转速n＝9000rpm。

4)激励叶片产生多模态振动的步骤如下：

41)已知叶片的第一阶固有频率f₁＝333.08Hz，选取谐波倍频m₁＝1，使之为最易激励状态，对所需激励喷嘴数目k进行试探计算：

因此可以选用24个激励喷嘴中任意2个夹角为180°的激励喷嘴对叶片的顶部进行激励，即可在整体叶盘的工作转速下激励出叶片的一阶固有频率。

42)校验2个喷嘴能否满足其余各阶固有频率的激励需求：

其中，f₂为叶片的二阶固有频率，f₃为叶片的三阶固有频率，k为激励喷嘴数目，n为整体叶盘转速，m₂为激出叶片二阶固有频率的谐波倍频，m₃为激出叶片三阶固有频率的谐波倍频。由上述计算结果可知，当选用2个夹角为180°的激励喷嘴对叶片的顶部进行激励时，由转速的6倍频谐波可以激励出叶片的二阶固有频率，由转速的7倍频谐波可以激励出叶片的三阶固有频率。因此选用2个夹角为180°激励喷嘴即可激出叶片的多模态振动。

在一个实施例中，激励叶片产生单模态的高阶振动频率步骤如下：

51)在激励喷嘴数目的选择上应避开可能使叶片产生其余阶次固有频率的谐波倍频。此处以叶片的二阶固有频率f₂＝1806.03Hz为例，说明该激励方式。

52)对所需激励喷嘴数目k进行试探计算：

其中，f₂为叶片的二阶固有频率，k为激励喷嘴数目，n为整体叶盘转速，m₂为激出叶片二阶固有频率的谐波倍频。m₂取值应为正整数，且对应激励喷嘴数目k也应为正整数。因此m₂允许取值为m₂＝{1，2，3，4，6，12}，对应的激励喷嘴数目k允许取值为k＝{12，6，4，3，2，1}

53)计算此时可激出的一阶固有频率的谐波倍频：

由谐波倍频为整数性质可知，当激励喷嘴的数目k＞2时，不会激出叶片的一阶固有频率。三阶固有频率谐波倍频：

由谐波倍频为整数性质可知m₃可能的取值为m₃＝{1，，3，5，14}

54)反求其可能激发的在固有频率附近的振动频率为：

55)计算其与三阶固有频率f₃＝2076.52Hz的相对误差：

δ＝{13.3％，13.3％，13.3％，8.35％，1.13％，1，13％}。

因此，当激励喷嘴数目选择k＝{12，6，4}时，可能激发三阶固有频率的概率更小。而激励喷嘴数目k＝4时，m′₃离整数最远。因此，在整体叶盘的工作转速n＝9000rpm的条件下，选择激励喷嘴数目k＝4可满足只激发叶片二阶固有频率的高阶单模态振动特性。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，其中激励对象不局限与整体叶盘结构，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (9)

1.一种转子叶片多模态振动激励装置，其包括，

电机，其安装在电机底座上，所述电机经由联轴器带动主轴旋转，

轴承，其安装于轴承座，所述轴承支撑所述主轴，所述轴承座设有测量主轴转速时基信号的转速传感器，

整体叶盘，其经由花键连接所述主轴，

传感器固定座，其环绕所述整体叶盘，所述传感器固定座上安装用于测量整体叶盘的叶片到达时间信号的叶端定时传感器，

气泵，其生成的高压气体经过分流阀进行分流，

喷嘴支架，其设有多个等间距分布的安装孔，所述安装孔对应于所述整体叶盘的叶片，

多个激励喷嘴，其经由所述安装孔固定，所述激励喷嘴经由软管连通所述分流阀以将分流的高压气体激励所述整体叶盘，

处理单元，其连接所述转速传感器和叶端定时传感器，其中，

根据记录的所述转速时基信号和叶片到达时间信号，处理单元生成转子叶片的振动信息，其中，基于模态振型得到叶片前三阶固有频率为f₁，f₂，f₃，已知叶片的第一阶固有频率f₁，选取谐波倍频m₁，使之为最易激励状态，对所需激励喷嘴数目k进行试探计算：

其中[]代表取整数符号，

选用任意k个夹角为

的激励喷嘴对叶片的顶部进行激励，即可在整体叶盘的工作转速下激励出叶片的一阶固有频率，

校验激励喷嘴能否满足其余各阶固有频率的激励需求：

其中，f₂为叶片的二阶固有频率，f₃为叶片的三阶固有频率，k为激励喷嘴数目，n为整体叶盘转速，m₂为激出叶片二阶固有频率的谐波倍频，m₃为激出叶片三阶固有频率的谐波倍频，当m₂和m₃都与其最近整数相差ε以内时，说明选用k个夹角为

的激励喷嘴即可激出叶片的多模态振动。

2.根据权利要求1所述的转子叶片多模态振动激励装置，其特征在于：转速传感器测量的整体叶盘转速为n，等间距布置的激励喷嘴数目为k，基于叶片到达时间信号得到激励产生的谐波倍频为m，所述处理单元得到激励装置激发出的叶片振动频率

其中EO为叶片振动的阶次。

3.根据权利要求1所述的转子叶片多模态振动激励装置，其特征在于：叶片的各阶固有频率为f₁，f₂...f_N，当需要叶片产生多模态振动时，选择激励喷嘴的数目k满足条件

其中m₁，m₂...m_N为激励产生多个谐波倍频，其取值均为正整数，等间距布置的激励喷嘴数目为k，N表示叶片多模态振动的模态数目，n为整体叶盘转速，当需要叶片产生单模态的高阶振动时，单模态的振动固有频率为f_objective，选择激励喷嘴的数目k满足条件

并且对

均满足

其中，m_objective为一确定正整数，m_r任意正整数，A为所有正整数的集合，f_r为叶片除f_objective外的任意阶固有频率，B为叶片所有模态的固有频率集合。

4.根据权利要求1所述的转子叶片多模态振动激励装置，其特征在于：喷嘴支架设有多个半径不同的激励喷嘴安装区域以对应可激励叶片的不同部位，激励喷嘴的数目和角度根据叶片有限元分析得到的固有频率以及电机的转速确定以保证使用的激励喷嘴的安装位置在圆周上呈均布状态。

5.根据权利要求1所述的转子叶片多模态振动激励装置，其特征在于：位于主轴端部的整体叶盘形成悬臂结构。

6.根据权利要求1所述的转子叶片多模态振动激励装置，其特征在于：所述转子叶片多模态振动激励装置包括至少一个用于支承分流阀的分流阀支架和环绕所述整体叶盘的机匣，所述机匣设有用于安装传感器固定座的多个安装槽，其间隔为3°，所述分流阀支架包括，

方形槽，其用于容纳分流阀及其进气口和出气口，

安装柱，其在水平面内定位分流阀支架，

支撑筒，其在垂直方向上定位分流阀支架。

7.根据权利要求1所述的转子叶片多模态振动激励装置，其特征在于：激励喷嘴前端设有凸台结构，后端设螺纹，激励喷嘴螺纹经由螺母配合以固定于所述安装孔，凸台结构与喷嘴支架外表面抵接。

8.根据权利要求1所述的转子叶片多模态振动激励装置，其特征在于：电机底座与轴承座的高度关系使得电机的转轴与主轴之间的同轴度公差在联轴器的可补偿范围内。

9.一种利用权利要求1-8中任一项所述的转子叶片多模态振动激励装置的激励方法，其步骤包括：

第一步骤(S1)中，基于整体叶盘的叶片结构建立单个叶片三维模型，

第二步骤(S2)中，基于叶片三维模型网格划分并施加约束条件，对叶片进行模态仿真得到叶片的模态振型，基于模态振型得到叶片的固有频率，

第三步骤(S3)中，处理单元基于所述固有频率和电机带动整体叶盘的转速确定叶片的振动阶次。

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