旋轉葉片動應變FBG分布式檢測及振動估計研究.pdf

1、以航空發(fā)動機為代表的葉片類旋轉機械是工業(yè)領域一類重要裝備，隨著科學的發(fā)展、技術的進步、效率的提高，此類裝備不斷向大型化、高速化、柔性化發(fā)展。葉片作為功能轉化的核心，所承受的單位負載不斷增加，設計安全系數(shù)甚至達到1。這種情況下，對旋轉葉片實時、在線的檢測、監(jiān)測手段成為提高裝備性能、可靠性的關鍵。
　　光纖光柵(FBG)是一種新型光學應變傳感器，具有質量輕、體積小、一線多點、分布式測量、抗電磁干擾、光信號可在空氣中傳輸?shù)奶攸c。利用FB

2、G傳感器的這些特點，可對旋轉葉片的動應變及相關參量進行測量，可滿足旋轉葉片在空間狹小、高速旋轉、高溫、高壓等苛刻工況條件下的測量要求，對加深高速旋轉葉片力學行為的認識，提高我國葉片類旋轉機械的研究、設計、分析、加工、制造水平都具有重要意義。
　　同時，旋轉也是工業(yè)裝備的普遍特征，此項研究也可推廣至通用裝備的旋轉部件測量，提高對所有具備旋轉特征的工業(yè)裝備的認識，對提高這些工業(yè)裝備的研究、設計、分析、加工、制造水平都具有重要意義。

3、r>　　本文首先建立了航空發(fā)動機旋轉葉片動應變測量的方法。介紹了FBG應變測量的原理，利用FBG光信號可在空氣中傳輸?shù)奶匦?，分析了旋轉葉片上FBG應變測量信號傳輸?shù)膸追N方法，在此基礎上選擇C-LENS透鏡法進行了深入分析，并基于分析的結果利用兩個C-LENS透鏡進行了實驗。實驗結果表明，C-LENS透鏡法可在旋轉軸端跳動最大0.8mm的工況下傳輸光信號。但C-LENS透鏡法對旋轉軸夾角的變化非常敏感，最終實驗裝置在最大4000r/min

4、下實現(xiàn)了旋轉部件動應變FBG檢測光信號的傳輸。
　　隨后，通過分析動應變與振動間的關系，提出通過旋轉葉片動應變估計旋轉葉片振動的方法。由彈性力學、動力學的基本理論，任意結構的強迫振動方程均可利用假設模態(tài)法近似求解，各階模態(tài)可視為強迫振動方程解空間的基，則不同位置振動可用振動體各階模態(tài)的組合或振動方程解空間的基來逼近，而不同模態(tài)在不同位置的名義應變是唯一的，從而通過動應變可估計旋轉葉片的振動情況;然后，將變截面、變厚度、預扭曲的旋轉

5、葉片簡化為旋轉等截面梁，將旋轉等截面梁簡化為靜態(tài)等截面粱，依次求解等截面懸臂梁、旋轉等截面懸臂梁、旋轉葉片動應變→振動的方程。
　　以動應變→振動理論分析和旋轉信號傳輸?shù)膶嶒灩ぷ鳛榛A，分別測試了等截面懸臂梁、旋轉等截面懸臂梁、某型發(fā)動機二級動葉片旋轉態(tài)的動應變，并分析了實驗結果，估計了實驗對象的振動。其中針對某型發(fā)動機二級動葉片旋轉態(tài)的動應變的測試結果表明，存在一個頻率簇，此頻率簇對發(fā)動機的動態(tài)響應特性有非常大的影響，應在設計中