Способ измерения случайных вибронагрузок на двигателях силовой установки самолета

 

Изобретение относится к вибрационным измерениям. Способ решает задачу оценки вибрационной совместимости нового двигателя, работающего в составе многодвигательной силовой установки. Для осуществления способа регистрируют входные вибрационные нагрузки и выходную в контрольной точке, формируют когерентный спектр раздельной вибросоставляющей отдельного двигателя, выделяют из данного спектра квазигармонические вибрационные нагрузки на дискретных частотах, трансформируют когерентную функцию, определяют амплитудные уровни и частоты квазигармонических вибрационных нагрузок путем разложения периодического отрезка корреляционной функции в ряд по синусоидальным гармоникам вибропроцессора. 3 ил.

Изобретение относится к измерениям, в частности к способам измерений вибраций на многодвигательной силовой установке самолета, и может быть использовано для оценки вибрационной совместимости двигателя новой конструкции при его работе в системе данной силовой установки.

Известен способ определения характеристик виброизоляции многоканальных динамических систем, заключающийся в том, что на многовходовой механической системе замеряют случайные вибрационные нагрузки на входах, регистрируют одновременно вибрационные нагрузки в контрольной точке, после этого определяют когерентный спектр выходной нагрузки системы [1] Однако в этом способе не предусмотрено выделение квазигармонических составляющих вибрации от дисбаланса вращающихся элементов виброисточника.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения характеристик механических и климатических внешних воздействующих факторов, заключающийся в том, что производят измерение случайных вибрационных нагрузок на выходе системы, затем формируют энергетический спектр выходной нагрузки, после чего выделяют вибрационные составляющие нижних частот с помощью синтезируемого цифрового фильтра [2] Этот способ имеет следующие недостатки: на дискретных частотах не выделяют квазигармонические составляющие; применение данного способа невозможно в условиях летного эксперимента; точность выделения низкочастотных колебаний не приемлема для решения прикладных задач фильтрации вибронагрузок.

Целью изобретения является повышение точности и достоверности измерений широкополосной и узкополосной вибрационной нагрузки, возникающей на конструкциях двигателей в составе многодвигательной силовой установки самолета.

Цель достигается тем, что способ измерения случайных вибрационных нагрузок на двигателях силовой установки самолета включает следующие операции. Одновременно регистрируют входные случайные вибрационные нагрузки, а в контрольной точке на силовой установке выходную вибрационную нагрузку, формируют автономные когерентные спектры вибросоставляющих любого из двигателей силовой установки самолета, затем из состава когерентных спектров выделяют квазигармонические вибросоставляющие, свойственные каждому двигателю как независимому источнику вибровоздействий.

Для этого преобразуют когерентный спектр двигательной вибросоставляющей в корреляционную функцию R_yy( τ) с последующим ее разложением в ряд по К-м косинусоидальным гармоникам, содержащим в спектре, и определяют дисперсии σ_к² каждой из этих гармоник по формуле σ²_k R_yy(τ)cosω_kτdτ, где ω_k K; K=; Т длительность аналоговой реализации.

Изобретение характеризуется следующими отличительными признаками: преобразование когерентного спектра вибросоставляющей отдельного двигателя в корреляционную функцию R(m); определение амплитудных уровней А_к и частоты ω_k квазигармонических вибрационных нагрузок путем разложения периодического отрезка корреляционной функции в ряд по косинусоидальным гармоникам вибропроцесса; коэффициенты разложения в виде дисперсий определяют по формуле
σ²_k m)cos2, где R(m) корреляционная функция;
m дискретное преобразование времени;
К дискретное преобразование частоты;
N величина стандартного блока оперативной памяти вычислительного устройства.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществить оценку в летных условиях раздельных вибрационных нагрузок, воздействующих на конструкции двигателей при их работе в составе многодвигательной силовой установки самолета, выделять с повышенной точностью гармонические составляющие на дискретных частотах опытных ТВВД и проводить сертификационные испытания двигателей на предмет их летной годности.

На фиг.1 изображен самолет с четырехдвигательной установкой, на двигателях которой производят измерение вибронагрузок; на фиг.2 графики энергетического спектра и корреляционной функции случайной вибронагрузки, зарегистрированной на самолете и заполненной квазигармоническими составляющими; на фиг.3 то же после выделения гармонических составляющих.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

Рассматривают силовую установку из четырех двигателей на летающей лаборатории ЛЛ ИЛ-76 с опытным ТВВД (фиг.1). Опытный двигатель турбовентиляторной конструкции. Измеряют вибрационные нагрузки этого двигателя с целью выделения и оценки квазигармонических составляющих собственно ТВВД, происходящих от дисбаланса вращающихся агрегатов.

Устанавливают контрольные точки на конструкциях двигателей для одновременной регистрации входных вибронагрузок по координатным осям x₁(t), x₂(t), x_n(t) (в рассматриваемом варианте x₁(t), x₂(t), x₃(t), x₄(t) по одной координатной оси на каждом двигателе), выбирают контрольную точку для регистрации в темпе времени с входными выходной вибронагрузки y(t) (эта точка установлена на конструкции опытного двигателя в точке упругой подвески на фюзеляже самолета.

Аппаратурными средствами определяют
автономный энергетический спектр вибропроцесса y(t), т.е. W_yy(f);
спектральную функцию множественной когерентности y(t) по отношению к совокупности x₁(t), x₂(t), x₃(t), x₄(t), т.е. coh_y²(f);
спектральную функцию множественной когерентности y(t) по отношению x₁(t), x₂(t), x₄(t) с исключением вибронагрузки от опытного двигателя x₃(t), т.е. coh(f);
когерентный автоспектр вибронагрузки в выходной точке (К 3) от работы опытного двигателя, т.е.

Φ_yy3 (f) W_yy(f) [coh(f)- coh(f)]
x_nx₁ x₂, x₃, x₄} x_n3x₁, x₂, x₄}
x₃(t) на опытном двигателе;
корреляционную функцию R_yy( τ ) путем аппаратурного преобразования по Фурье когерентного спектра Φ_yy3 (t) в прикладном спектре по ДПФ это означает, что
R(m) P(ν)e, где P(n)=Φ_yy(ν)Δ f;
Δf ;
P (ν ) мощностной спектр двигательной составляющей;
спектральное разложение корреляционной функции P(τ ) по косинусоидальным гармоническим составляющим, подлежащим выделению из состава двигательной вибрации опытной конструкции;
дисперсию σ_к² (а следовательно, и амплитудный уровень А_к в долях g) К-х гармонических составляющих, действующих в составе когерентного спектра раздельной двигательной вибронагрузки, при этом дисперсия К-й гармонической составляющей находится путем
σ²_k R(τ)cosω_кτdτ, вычисляемой посредством численного интегрирования функции R( τ ), исходя из правил ее дискретизации согласно ДПФ, т.е.

T st N, N 0,1.N-1,
N объем стандартного блока машинной памяти, N 1024, 2048
ω_k=2πfk=2k, k=0,1.,
τ st ˙ m; m +1.N-1;
ω_kτ=2, окончательно
σ²_k R,
A_k=;
критериальный признак положительного исхода, заключающийся в том, что в процессе фильтрации для повышения точности выделения гармонических составляющих добиваются реализации краевого условияR(τ)|≅α при принятых уровнях затухания α 0,05, 0,1 к концу цикловых этапов фильтрации, при этом первый цикл фильтрации формируют путем
R( τ ) R*( τ ), где R_yy(τ ) исходная корреляционная функция;
R*(τ ) расчетная корреляционная функция, в которой коэффициенты при гармониках
(σ^*_k)² R_yy(τ)cosω_кτdτ, второй цикл фильтрации реализуют путем
R(τ) R ^*(τ), где R ^*(τ) расчетная корреляционная функция, в которой коэффициенты при гармониках
(σ^*_k^*) R(τ)cosω_кτdτ и так до получения краевого условия.

При помощи предлагаемого способа можно измерять вибрационные нагрузки на каждом из двигателей многодвигательной силовой установки без останова запуска двигателя в полете, на котором производится замер. Это позволяет увеличить надежность силовой установки в работе и проверить опытный двигатель на совместимость в составе многодвигательной силовой установки. Кроме того, повышается точность и достоверность измерений вибрационных нагрузок.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ВИБРОНАГРУЗОК НА ДВИГАТЕЛЯХ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ САМОЛЕТА, заключающийся в том, что регистрируют одновременно входные случайные вибрационные нагрузки в контрольных точках конструкций двигателей и выходную вибрационную нагрузку в контрольной точке упругой подвески силовой установки, затем формируют когерентный спектр раздельной вибросоставляющей отдельного двигателя, после чего выделяют из этого спектра квазигармонические вибрационные нагрузки на дискретных частотах, отличающийся тем, что трансформируют когерентный спектр в корреляционную функцию R(m) раздельной вибрационной составляющей двигателя, определяют амплитудные уровни A_к и частоты ω_к квазигармонических вибрационных нагрузок путем разложения периодического отрезка корреляционной функции в ряд по косинусоидальным гармоникам вибропроцессора, коэффициенты разложения в виде дисперсий определяют по формуле

где R(m) корреляционная функция;
m дискретное преобразование времени;
k дискретное преобразование частоты;
N величина стандартного блока оперативной памяти вычислительного устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3