压气机脉动压力信号分析方法研究

摘要

压气机旋转失速先兆识别是航空界研究的热点和难点之一，目前的研究重点不是区分失速先兆类型，而更多的是研究不同失速先兆的发生发展过程。本课题以轴流压气机失速先兆识别为研究对象，应用短时傅里叶变换法和互相关系数分析法深入研究了不同失速先兆的特征，实现了压气机的失速先兆的监测，具体工作内容如下：
　　（1）基于短时傅里叶变换采用了主要特征频率及幅值随时间变化的信号特征分析方法，分析了不同失速类型的时频域特征，并总结了不同失速类型在平稳阶段、过渡阶段和失速阶段的主要特征频率及其幅值的变化特征。
　　（2）基于互相关分析方法，针对突尖波失速先兆类型，通过轴流压气机同一级同一传感器测得的相邻转子周期信号间的互相关系数的变化来监测失速先兆的出现和失速阶段的特征变化。实际分析计算表明，在不同转速下，平稳阶段时信号的互相关系数值均在一定区间范围内波动，过渡阶段时会出现下降的趋势，失速阶段值低于平稳阶段互相关系数值范围，各阶段趋势明显。这一参数计算简单，最多能提前0.1S左右监测到失速先兆，识别失速的发生，对失速发生先兆的研究有很重要的意义。本文还针对互相关系数值在0.3~0.5左右的影响因素进行了讨论，讨论发现互相关系数实际计算的就是叶片通过频率的互相关系数值，而低于300Hz的频率成分尤其是失速特征频率会影响互相关系数值的整体趋势，平稳阶段会影响互相关系数的值而在失速阶段则会影响其下降的幅度。
　　（3）针对实际轴流压气机试验得到的脉动压力数据，基于Matlab GUI界面开发工具设计了“压气机静压脉动压力分析软件”。这一软件含有大量实用功能，包括状态提取，基本状态分析，时频分析，互相关系数计算，最大值排序与显示，滤波等功能，分析准确，操作方便，大大提高了分析效率。另外，本文还对该软件功能模块进行了功能仿真和实际运用，验证了各功能分析的正确性。

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注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 本文的研究目的和主要工作

第二章 轴流压气机失速特征分析

2.1 基于短时傅里叶变换的信号主要特征频率及幅值随时间变化原理

2.2 压气机信号特征分析的应用

2.3 本章小节

第三章 基于互相关参数的轴流压气机失速先兆识别

3.1 基于互相关系数法的原理

3.2 互相关系数用于压气机失速先兆识别

3.3 本章总结

第四章 压气机静压脉动压力信号分析软件的设计

4.1 压气机静压脉动压力信号分析软件总体设计

4.2 软件各主要功能模块详细设计

4.3 软件主要功能仿真测试与应用

4.4 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 全文内容总结

5.2 后续研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文