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 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。170HZ则代表有17个转子叶片，每秒10转，每转17个叶片共170次压增。 对170HZ附近的数据进行带通滤波，显示其在全时域范围内稳定存在波动不大。表示近工况点附近发动机工作状态稳定。二、 近失速点信号分析根据给定的近失速点附近的信号做出各测量点的时域图。可以看出，在3秒后前缘率先出现大幅度的波动，而后其余部分也开始剧烈波动，发动机进入失速状态。前缘、50%弦长和尾缘的电压信号直流分量分别为2.80027、3.1814和3.2029，增压比1.1438，相比较于近工况点增压比有所下降。 滤掉振幅在0.005以下的信号，可以看出近失速点附近有振幅巨大的低频信号存在。对前缘信号进行带通滤波观察170HZ附近的信号，对比近工况点的带通滤波信号，可以看出在3.2秒后由于关闭节流阀，压力出现明显的下降，而后出现周期性的大幅度波动。发动机失速，出现喘振。 从上图可以看出，在低频段振幅非常巨大，相比之前近设计点的FFT中170HZ振动占主体，我们可以看出近失速点时发动机整体出现了相当大幅度的低频振动，而发动机喘振的频率一般也都是低频信号。 对170HZ附近做带通滤波，可以看出在3秒之后出现大幅度波动。 考虑到喘振一般都是低频振动，对信号做5HZ的低通滤波，可以看出在3.6s时达到第一个峰值，之后振幅越来越大，发动机完全失速。在50%弦长和尾缘处情况基本相同，见下图。 对比前缘、50%弦长和尾缘三处的低频段低通滤波图像，可以看出，3S后因为节流的原因，50%弦长以及尾缘处出现了压力的降低，由于压气机出口段压力降低并低于下游管道，气体被倒吸回压气机中，直至压气机出口压力升高并重新大于下游管道，压气机内气体才正常向下游流动。压气机内气体被排出后压力又下降，重复以上压力降低-升高-降低的循环，发动机失速，出现喘振。三、 失速点信号分析 可以看出，失速点的信号在全时域都有低频率的大幅度波动，喘振的频率为3HZ。 在0-1S范围内做P1，P2，P3的低通滤波。根据已知条件，p1和p2周向相邻夹角为90度，p2与p3夹角为85.05度。量取P1和P2极大值间时间差t1=0.4822S-0.3901S=0.0921S。P2、P3时间差t2=0.5714S-0.4822S=0.0892S。根据之前的判断，发动机转动