本發(fā)明涉及一種航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子早期積液故障的識別方法，屬于發(fā)動機(jī)故障診斷領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：為追求高推重比，航空發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)子皆為盤腔結(jié)構(gòu)，在研制與實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或工作不當(dāng)，常有盤腔積液現(xiàn)象發(fā)生。滑油一旦進(jìn)入盤腔，將與轉(zhuǎn)子形成流固耦合。積液達(dá)到一定條件，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)子失穩(wěn)。此時(shí)，將產(chǎn)生一略低于臨界轉(zhuǎn)速的共振頻帶。轉(zhuǎn)子進(jìn)入失穩(wěn)區(qū)時(shí)振動狀態(tài)難以控制，危險(xiǎn)性極大。因此需要找尋方法在轉(zhuǎn)子未進(jìn)入失穩(wěn)區(qū)時(shí)識別積液故障?，F(xiàn)有的研究大多集中于積液的黏性對于轉(zhuǎn)子渦動頻率，失穩(wěn)區(qū)的影響及該故障模型的刻畫：張文等描述了實(shí)驗(yàn)中部分充液轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在失穩(wěn)過程中的動力特性，并給出了部分充液轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)的判據(jù)。derenyaev證明了在充液轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中可能發(fā)生andronf-hopf叉。dosaev給出了一種針對含有粘性液體的中空實(shí)體的離散動力學(xué)模型。祝長生等在積液轉(zhuǎn)子振動方面也做了大量的研究工作，先后在粘性流體穩(wěn)定性分析、三維流體分析、懸臂柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性分析等方面做了深入探討，得到了二維模型下，旋轉(zhuǎn)流體對轉(zhuǎn)子作用力的表達(dá)式，并提出了一種簡單的無粘流體三維模型，給出了旋轉(zhuǎn)流體對轉(zhuǎn)子作用力的詳細(xì)表達(dá)式，但僅限于分析無外阻尼或外阻尼小的部分充液轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題。在如何識別積液故障方面，缺少一種簡單有效的識別方法能在積液早期監(jiān)測出積液故障。困難在于，未進(jìn)入失穩(wěn)區(qū)時(shí)，轉(zhuǎn)子積液故障與不平衡故障振動特征高度相似，都以旋轉(zhuǎn)基頻為主，目前尚無相關(guān)方法提出如何在非失穩(wěn)區(qū)識別出轉(zhuǎn)子早期積液故障。西北工業(yè)大學(xué)的張錚其2016年的碩士學(xué)位論文《航空發(fā)動機(jī)盤腔積液理論實(shí)用性研究》中，通過實(shí)驗(yàn)研究了在不同積液量與不同不平衡量下的轉(zhuǎn)子振動特點(diǎn)，討論了小積液量下轉(zhuǎn)子的振動特性，但卻并未對這種特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，并未提出用于識別轉(zhuǎn)子早期積液故障的方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺少一種簡單有效的早期監(jiān)測出積液故障方法的不足，本發(fā)明提出了一種航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子早期積液故障識別方法。本發(fā)明的具體過程是：步驟1，建立識別基準(zhǔn)。所述的識別基準(zhǔn)是航空發(fā)動機(jī)健康轉(zhuǎn)子從400rpm加速至一階臨界轉(zhuǎn)速，再從一階臨界轉(zhuǎn)速減速至400rpm的過程中的振動數(shù)據(jù)。步驟2，待識別轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)振動樣本采集。對于待識別轉(zhuǎn)子，選取其從從400rpm加速至一階臨界轉(zhuǎn)速，再從一階臨界轉(zhuǎn)速減速至400rpm的過程中的振動數(shù)據(jù)。記錄振動數(shù)據(jù)，得到1組待識別轉(zhuǎn)子的振動數(shù)據(jù)。步驟3，繪制幅頻特性曲線。根據(jù)待識別轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)與健康轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)，繪制待識別轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線。繪制待識別轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線時(shí)，對待識別轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)和健康轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)，都進(jìn)行fft處理，提取轉(zhuǎn)速與振動幅值。將所述的轉(zhuǎn)速與振動幅值關(guān)系通過幅頻特性曲線表示，得到待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線。步驟4，計(jì)算各個(gè)分區(qū)上待識別轉(zhuǎn)子與健康轉(zhuǎn)子的積分面積差。對于待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，分區(qū)進(jìn)行面積積分，并計(jì)算各個(gè)分區(qū)上待識別轉(zhuǎn)子與健康轉(zhuǎn)子的積分面積差。所述分區(qū)進(jìn)行面積積分時(shí)，將得到的待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線以臨界轉(zhuǎn)速前后的兩個(gè)半功率點(diǎn)為界，分為左半積分區(qū)域和右半積分區(qū)域兩個(gè)積分區(qū)域。左半積分區(qū)域從低轉(zhuǎn)速狀態(tài)到臨界轉(zhuǎn)速前的半功率點(diǎn)處。右半積分區(qū)域從臨界轉(zhuǎn)速后的半功率點(diǎn)到曲線最大轉(zhuǎn)速處。半功率點(diǎn)定義是某個(gè)頻率點(diǎn)對應(yīng)幅值等于最大幅值的0.707倍時(shí),這個(gè)點(diǎn)為半功率點(diǎn)。此時(shí)功率比等于幅值比的平方。在計(jì)算各個(gè)積分區(qū)域上待識別轉(zhuǎn)子與健康轉(zhuǎn)子的積分面積差時(shí)，分別在所述左半積分區(qū)域與所述右半積分區(qū)域上進(jìn)行面積積分，分別得到待識別轉(zhuǎn)子左半積分區(qū)域的積分面積與右半積分區(qū)域的積分面積，以及健康轉(zhuǎn)子左半積分區(qū)域的積分面積與右半積分區(qū)域的積分面積。分別在左半積分區(qū)域與右半積分區(qū)域上，用待識別轉(zhuǎn)子的積分面積減去健康轉(zhuǎn)子的積分面積，得到左半積分區(qū)域的積分面積差與右半積分區(qū)域的積分面積差。步驟5，判定積液故障。通過對步驟4中的面積差的計(jì)算結(jié)果結(jié)果進(jìn)行符號識別：對左半積分區(qū)域的面積差進(jìn)行符號函數(shù)處理，若處理結(jié)果為正，記為1；反之即為－1。對右半積分區(qū)域的面積差進(jìn)行符號函數(shù)處理，若處理結(jié)果為正，記為1；反之即為－1。根據(jù)得到的處理結(jié)果進(jìn)行積液識別：將左半積分區(qū)域的處理結(jié)果與右半積分區(qū)域的處理結(jié)果相乘，若乘積為1，待識別轉(zhuǎn)子為不平衡故障；若該乘積＝-1，待識別轉(zhuǎn)子為積液故障。至此，完成了對航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子早期積液故障的識別。本發(fā)明能夠簡單有效的識別航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子早期積液故障，并與不平衡故障作區(qū)分。步驟4中，將積液故障與健康幅頻特性曲線積分面積的差值作為識別特征，見附圖2。從圖2中可以直觀看出，在峰值點(diǎn)前，積液故障的幅值高于健康，峰值點(diǎn)后，低于健康；不平衡故障在峰值點(diǎn)前后幅值較健康的高低關(guān)系固定，不會出現(xiàn)一邊高于健康，一邊低于健康的情況。對其進(jìn)行面積積分，則積液轉(zhuǎn)子幅頻特性線的積分面積與健康轉(zhuǎn)子的積分面積之差，在左右積分區(qū)域?qū)⒂忻黠@的符號區(qū)別，不平衡故障不具有這一區(qū)別。該特征航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子積液故障獨(dú)有。能有效將其與航空發(fā)動機(jī)不平衡故障區(qū)別開來。本發(fā)明實(shí)際運(yùn)用過程中，選用臨界轉(zhuǎn)速前的半功率點(diǎn)與臨界轉(zhuǎn)速后的半功率點(diǎn)作為面積積分的分界點(diǎn)，能夠有效避免過臨界時(shí)因?yàn)檗D(zhuǎn)子在臨界停留時(shí)間不一致導(dǎo)致所取峰值點(diǎn)并非最大振動狀態(tài)，影響面積積分結(jié)果的情況。對于每個(gè)轉(zhuǎn)子而言，半功率點(diǎn)的振動數(shù)據(jù)是能準(zhǔn)確采集到的。本發(fā)明提出了一種航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子積液故障識別的流程，包括建立識別基準(zhǔn)、待識別轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)采集、健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線與待識別轉(zhuǎn)子樣本幅頻特性曲線的面積積分、對于積分面積的差值及符號識別等步驟。本發(fā)明提出了作為航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子積液的一種識別特征——積液轉(zhuǎn)子與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性線積分面積差的正負(fù)性，能有效與不平衡故障做區(qū)分。以一階臨界轉(zhuǎn)速為分界點(diǎn)，以左、右半功率點(diǎn)為積分邊界，與健康轉(zhuǎn)子在這兩面積積分區(qū)域內(nèi)的積分面積相比，積液轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線積分面積呈現(xiàn)一邊大于健康轉(zhuǎn)子，一邊小于健康轉(zhuǎn)子的情況一邊大于健康轉(zhuǎn)子，一邊小于健康轉(zhuǎn)子的情況。以兩邊積液轉(zhuǎn)子與健康轉(zhuǎn)子的積分面積差的正負(fù)作為判據(jù)：對于每組振動數(shù)據(jù)，若左半積分區(qū)域的面積差符號識別結(jié)果與右半積分區(qū)域面積差符號識別結(jié)果的乘積＝1，為不平衡故障；若該乘積＝-1，為積液故障。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明能夠簡單有效地識別航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子積液故障，因?yàn)椋?.一臺發(fā)動機(jī)從研制、定型生產(chǎn)到返廠維修，本發(fā)明所述的健康幅頻曲線在發(fā)動機(jī)不同壽命階段都容易獲取且記錄在案。以該臺發(fā)動機(jī)出廠前經(jīng)過各項(xiàng)檢測的健康轉(zhuǎn)子的振動數(shù)據(jù)作為識別基準(zhǔn)，工程上方便推廣。且不用反復(fù)錄入。2.本發(fā)明所述積液故障識別特征可信度高：積分面積差，是累加項(xiàng)，能夠有效避免局部奇異點(diǎn)的情況，通過面積積分，能清晰定量反映出積液故障與不平衡故障在左半積分區(qū)域和右半積分區(qū)域的差異。與易與其混淆的不平衡故障相比，本發(fā)明提出積液故障的識別規(guī)則是積液故障具有獨(dú)到之處，見附圖2。并且簡單方便，作為工程識別的標(biāo)準(zhǔn)清楚明了，易于推廣。附圖說明附圖1為該方法的識別流程。附圖2a為健康轉(zhuǎn)子與盤腔積液轉(zhuǎn)子故障的對比；1代表盤腔積液故障轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線，2代表無故障的健康轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線，3表示臨界轉(zhuǎn)速的分界線；可以看出，臨界轉(zhuǎn)速前，1高于3，臨界轉(zhuǎn)速后，1低于3。說明臨界轉(zhuǎn)速前后，盤腔積液故障轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線的幅值的高低關(guān)系是相反的。附圖2b為健康轉(zhuǎn)子與不平衡故障轉(zhuǎn)子的對比；1代表不平衡故障轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線，2代表無故障的健康轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線，3表示臨界轉(zhuǎn)速的分界線?？梢钥闯觯R界轉(zhuǎn)速前，1低于3，臨界轉(zhuǎn)速后，1低于3。說明臨界轉(zhuǎn)速前后，不平衡故障轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線的幅值的高低關(guān)系是相同的。附圖3a為所述有益效果2的實(shí)驗(yàn)中，待識別轉(zhuǎn)子1與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線圖，1表示待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，7代表健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線。根據(jù)該圖計(jì)算健康轉(zhuǎn)子與待識別轉(zhuǎn)子1的幅頻特性曲線的面積積分，并計(jì)算積分面積差。附圖3b為所述有益效果2的實(shí)驗(yàn)中，待識別轉(zhuǎn)子2與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線圖，2表示待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，7代表健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線。根據(jù)該圖計(jì)算健康轉(zhuǎn)子與待識別轉(zhuǎn)子2的幅頻特性曲線的面積積分，并計(jì)算積分面積差。附圖3c為所述有益效果2的實(shí)驗(yàn)中，待識別轉(zhuǎn)子3與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線圖，3表示待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，7代表健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線。根據(jù)該圖計(jì)算健康轉(zhuǎn)子與待識別轉(zhuǎn)子3的幅頻特性曲線的面積積分，并計(jì)算積分面積差。附圖3d為所述有益效果2的實(shí)驗(yàn)中，待識別轉(zhuǎn)子4與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線圖，4表示待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，7代表健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線。根據(jù)該圖計(jì)算健康轉(zhuǎn)子與待識別轉(zhuǎn)子4的幅頻特性曲線的面積積分，并計(jì)算積分面積差。附圖3e為所述有益效果2的實(shí)驗(yàn)中，待識別轉(zhuǎn)子5與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線圖，5表示待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，7代表健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線。根據(jù)該圖計(jì)算健康轉(zhuǎn)子與待識別轉(zhuǎn)子5的幅頻特性曲線的面積積分，并計(jì)算積分面積差。附圖3f為所述有益效果2的實(shí)驗(yàn)中，待識別轉(zhuǎn)子6與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線圖，6表示待識別轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線，7代表健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線。根據(jù)該圖計(jì)算健康轉(zhuǎn)子與待識別轉(zhuǎn)子6的幅頻特性曲線的面積積分，并計(jì)算積分面積差。附圖4為實(shí)施例中待識別轉(zhuǎn)子與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線圖，1表示待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，2代表健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線。根據(jù)該圖計(jì)算健康轉(zhuǎn)子與待識別轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線的面積積分，并計(jì)算積分面積差。具體實(shí)施方式本實(shí)施例是一種用于識別某型航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子早期積液故障的方法，具體過程是：步驟1，建立識別基準(zhǔn)。所述的識別基準(zhǔn)是航空發(fā)動機(jī)健康轉(zhuǎn)子從400rpm加速至一階臨界轉(zhuǎn)速，再從一階臨界轉(zhuǎn)速減速至400rpm的過程中的振動數(shù)據(jù)。步驟2，待識別轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)振動樣本采集。對于待識別轉(zhuǎn)子，選取其從從400rpm加速至一階臨界轉(zhuǎn)速，再從一階臨界轉(zhuǎn)速減速至400rpm的過程中的振動數(shù)據(jù)。記錄振動數(shù)據(jù)，得到1組待識別轉(zhuǎn)子的振動數(shù)據(jù)。步驟3，繪制幅頻特性曲線。根據(jù)待識別轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)與健康轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)，繪制待識別轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子的幅頻特性曲線。具體做法如下：對待識別轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)和健康轉(zhuǎn)子振動數(shù)據(jù)，都進(jìn)行fft處理，提取轉(zhuǎn)速與振動幅值。將所述的轉(zhuǎn)速與振動幅值關(guān)系通過幅頻特性曲線表示，得到待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，見附圖4。步驟4，計(jì)算各個(gè)分區(qū)上待識別轉(zhuǎn)子與健康轉(zhuǎn)子的積分面積差。對于待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，分區(qū)進(jìn)行面積積分，并計(jì)算各個(gè)分區(qū)上待識別轉(zhuǎn)子與健康轉(zhuǎn)子的積分面積差。左半積分區(qū)域與右半積分區(qū)域的分區(qū)方法如下：以臨界轉(zhuǎn)速前后的兩個(gè)半功率點(diǎn)為界，分為左半積分區(qū)域和右半積分區(qū)域兩個(gè)積分區(qū)域。左半積分區(qū)域從低轉(zhuǎn)速狀態(tài)到臨界轉(zhuǎn)速前的半功率點(diǎn)處。右半積分區(qū)域從臨界轉(zhuǎn)速后的半功率點(diǎn)到曲線最大轉(zhuǎn)速處。半功率點(diǎn)定義是某個(gè)頻率點(diǎn)對應(yīng)幅值等于最大幅值的0.707倍時(shí),這個(gè)點(diǎn)為半功率點(diǎn)。此時(shí)功率比等于幅值比的平方。根據(jù)幅頻特性曲線，對待識別轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線與健康轉(zhuǎn)子幅頻特性曲線，都分成左半積分區(qū)域與右半積分區(qū)域，然后都分別在左半積分區(qū)域與右半積分區(qū)域上進(jìn)行面積積分。得到待識別轉(zhuǎn)子左半積分區(qū)域的積分面積與右半積分區(qū)域的積分面積，得到健康轉(zhuǎn)子左半積分區(qū)域的積分面積與右半積分區(qū)域的積分面積。并分別在左半積分區(qū)域與右半積分區(qū)域上，用待識別轉(zhuǎn)子的積分面積減去健康轉(zhuǎn)子的積分面積，得到左半積分區(qū)域的積分面積差與右半積分區(qū)域的積分面積差。面積差的計(jì)算結(jié)果為：左半積分區(qū)域的積分面積差為159.0。右半積分區(qū)域的積分面積差為-194。步驟5，判定積液故障。通過對步驟4中面積差的計(jì)算結(jié)果結(jié)果進(jìn)行符號識別，對左半積分區(qū)域的面積差取符號函數(shù)得到，左半積分區(qū)域的積分面積差159.0的符號為正，記為1。對右半積分區(qū)域的面積差取符號函數(shù)得到，右半積分區(qū)域的積分面積差-194的符號為負(fù)，記為-1。積液的識別規(guī)則為：對于每組振動數(shù)據(jù)，若左半積分區(qū)域的面積差符號識別結(jié)果與右半積分區(qū)域面積差符號識別結(jié)果的乘積＝1，為不平衡故障；若該乘積＝-1，為積液故障。按照積液的識別規(guī)則，所述待識別轉(zhuǎn)子左半積分區(qū)域的面積差符號識別結(jié)果與右半積分區(qū)域面積差符號識別結(jié)果的乘積＝-1，為積液故障。至此，完成了對航空發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)子早期積液故障的識別。為驗(yàn)證判定結(jié)果是否準(zhǔn)確，將轉(zhuǎn)子進(jìn)行拆卸查看，識別結(jié)果正確，待識別轉(zhuǎn)子確實(shí)為積液轉(zhuǎn)子。本發(fā)明從表1所示的不同不平衡量下、轉(zhuǎn)子盤腔中注入不同油液量時(shí)的待識別轉(zhuǎn)子的振動數(shù)據(jù)中選出六組作為識別對象，采用本發(fā)明提出的方法進(jìn)行早期積液故障的識別，分別得到各組的面積差，如表2所示。表1待識別轉(zhuǎn)子試驗(yàn)組別設(shè)置表2面積差對各組的面積差進(jìn)行符號函數(shù)處理后，根據(jù)早期積液故障識別規(guī)則，得出對1～6組待識別轉(zhuǎn)子的識別結(jié)果，見表3。表3識別結(jié)果表組別123456符號函數(shù)處理結(jié)果-1-1-1111識別結(jié)果積液積液積液不平衡不平衡不平衡為驗(yàn)證判定結(jié)果是否準(zhǔn)確，對各轉(zhuǎn)子進(jìn)行拆卸查看，識別結(jié)果正確。當(dāng)前第1頁12