轴流压气机脉动压力信号特征分析和先兆识别方法研究

摘要

压气机稳定性分析是目前国内外航空界研究的热点和难点之一。压气机的失稳形式主要包括失速和喘振。分析压气机的失稳特征有利于认识压气机失稳的发生发展过程，促进其机理性研究。随着压气机失稳主动控制思想的提出，失稳初始扰动识别成为这一课题研究的关键，提前识别失稳初始扰动对控制压气机避免进入失稳状态，提高压气机工作效率和稳定性都具有非常重要的意义。论文展开的主要工作如下：
　　（1）压气机失稳试验过程中采集了大量的脉动压力信号、噪声信号等数据，这些信号本质上是非平稳信号。根据这信号特征，文中首先基于小波分析方法分析了在不同转速下压气机的失速和喘振脉动压力信号在平稳段、过渡段和失稳段的不同特征。发现在低速和中速情况下，失稳出现前，信号中模态波类型扰动频率成分增强，而且对失速和喘振，这些扰动成分的频率范围不一样。总结几种常用的失稳监测方法，讨论了各自的优缺点和可行性。
　　（2）基于小波Gabor分析方法，提出时频系数形态参数这一特征参量。这一参量用于描述某一频率范围内的扰动成分的瞬时能量。将其用于不同失稳数据的分析，发现在失稳过渡阶段形态参数幅值明显上升。这一参数计算方便，能最多提前1.5秒监测到模态波类型的失稳初始扰动，而且通过选取适当的频率分析范围，形态参数能够识别失稳形式。
　　（3）针对压气机失稳试验数据的特征，利用MatlabGUI界面开发工具开发了压气机动态信号状态提取与时频分析软件。软件含有大量实用功能，包括时域特征分析、特征提取、时频分析、形态参数计算、单一频率信号分析、互相关分析、失速团计算和各种分析结果显示与输出等模块，满足目前大多信号分析功能要求。界面简单大方、操作方便，大大提高了分析效率。
　　（4）通过仿真测试与实际应用测试了软件的各项功能和方法的正确性。并讨论了互相关分析、互功率谱分析、失速团数目计算等方法的局限性和运用时要注意的问题。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 压气机稳定性分析研究现状

1.3 本文的研究目的和主要工作

第二章 轴流压气机失稳信号特征分析

2.1 基于小波变换的压气机失稳特征分析

2.2 传统的压气机失稳先兆识别方法

2.3 本章小结

第三章 基于小波形态参数的压气机失稳监测

3.1 Gabor小波变换

3.2 形态参数的定义与物理意义

3.3 小波形态参数用于压气机失稳监测

3.4 本章总结

第四章 压气机动态信号状态提取与时频分析软件的设计

4.1 压气机动态信号状态提取与时频分析软件总体设计

4.2 软件各主要功能模块设计

4.3 本章小结

第五章 软件主要功能仿真测试与应用

5.1 Gabor时频分析与信号重构仿真测试

5.2 分析主要特征频率成分随转速变化关系的应用

5.3 失速团数目计算的应用

5.4 互相关法求信号传递关系与时延的测试与应用

5.5 互功率谱求信号相位差的测试

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 全文内容总结

6.2 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