一种发动机叶片固有频率测试方法

技术领域

本申请涉及测试技术领域，尤其涉及一种发动机叶片固有频率测试方法。

背景技术

航空发动机叶片在制造完成后，在组装之前需要进行固有频率测试，保证安装到发动机上的多个叶片不会发生共振。目前，对航空发动机叶片固有频率的测试普遍采用扫频的方法，即对发动机叶片给定一振源，通过不断调整振源的振动频率直至发生共振，此时的振源频率即为航空发动机叶片的固有频率。

针对上述中的相关技术，发明人认为通过扫频方法测试发动机叶片固有频率存在测试效率低的缺陷。

发明内容

为了改善相关技术中通过扫频方法测试发动机叶片固有频率存在的测试效率低的问题，本申请提供一种发动机叶片固有频率测试方法。

本申请提供的发动机叶片固有频率测试方法采用如下的技术方案：

一种发动机叶片固有频率测试方法，包括以下步骤：

步骤S1：对发动机叶片夹紧并进行敲击；

步骤S2：检测叶片振动声音信号并进行振动声音数据采集；

步骤S3：对振动声音数据进行处理得到叶片固有频率。

通过采用上述技术方案，对叶片进行敲击并采集叶片振动声音数据，对振动声音数据处理后可得到叶片的固有频率，提高了叶片固有频率测试的效率。

进一步的，所述振动声音数据处理由基于LabVIEW搭建的数据分析处理装置进行。

通过采用上述技术方案，可以自动且高效地对叶片振动声音数据进行处理，以便得到叶片的固有频率。

进一步的，所述振动声音数据处理的过程包括依次进行的数据截取、滤波、快速傅里叶变换和固有频率提取的步骤。

进一步的，发动机叶片固有频率测试方法还包括步骤S4：对多个相同的发动机叶片的固有频率进行分散度计算，若分散度超出限定范围，则对发动机叶片进行调整，使分散度位于限定范围内。

通过采用上述技术方案，可以对一组发动机叶片的分散度进行调整，使发动机叶片能够快速通过发生共振的转速区域，保证发动机稳定运行。

进一步的，分散度的计算公式为：

分散度=（最大固有频率-最小固有频率）/最小固有频率x100%。

通过采用上述技术方案，可以计算发动机叶片固有频率的分散度。

进一步的，所述多个相同的发动机叶片测试时的夹紧力和敲击力相同。

通过采用上述技术方案，同一组的多个发动机叶片的测试条件相同，避免叶片的夹紧力和敲击力不同对固有频率测试精度的影响。

进一步的，所述叶片振动声音信号通过声压传感器进行检测，所述振动声音数据由数据采集卡进行采集。

通过采用上述技术方案，可以检测叶片振动的声音信号并进行数据采集。

进一步的，所述发动机叶片由夹紧装置夹紧，并由敲击装置进行敲击；所述夹紧装置能够围绕垂直于水平面的转轴旋转，以调整发动机叶片表面与敲击装置锤头之间的角度；所述敲击装置的锤头可以在竖直方向上进行位置调整，以适应不同的叶片高度。

通过采用上述技术方案，可以调整叶片与锤头之间的位置关系，保证敲击效果。

进一步的，所述敲击装置的锤头材料为钢。

通过采用上述技术方案，可以通过敲击产生高频振动信号，保证叶片固有频率测试的准确性。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.采集叶片振动的声音数据并利用基于LabVIEW搭建的数据分析处理装置处理得到叶片振动的固有频率，提高了叶片固有频率测试的效率；

2.通过对多个叶片的固有频率分散度进行计算和调整，可以使叶片快速通过发生共振的转速区域，使发动机稳定运行。

附图说明

图1是本申请一个实施例的发动机叶片固有频率测试方法的测试过程框图；

图2是本申请另一实施例的发动机叶片固有频率测试方法的测试过程框图。

具体实施方式

以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。

参照图1，本申请实施例公开一种发动机叶片固有频率测试方法，包括以下步骤：

步骤S1：对发动机叶片夹紧并进行敲击；

步骤S2：检测叶片振动声音信号并进行振动声音数据采集；

步骤S3：对振动声音数据进行处理得到叶片固有频率。

在步骤S1中，使用夹紧装置将发动机叶片的安装端进行夹紧固定，然后采用外部的敲击装置对叶片进行敲击使其振动。当对多个相同的发动机叶片进行测试时，多个相同叶片在夹具上的位置、夹紧力及敲击力应相同，以保证测试条件的一致性，避免叶片的夹紧力和敲击力不同对固有频率测试精度造成影响。夹紧力可通过扭力扳手进行调节。

夹紧装置可以为台钳，在台钳底端可设置有垂直于水平面的转轴，台钳可围绕该转轴转动以调整发动机叶片表面与敲击设备锤头之间的角度，以保证敲击效果 。

敲击装置包括锤头，锤头可以为杆状，锤头由联轴器与推拉式电磁铁的推拉杆进行连接，锤头在推拉式电磁铁的驱动下对发动机叶片进行敲击。推拉式电磁铁可固定安装于水平的支撑板上，支撑板套设于三根立柱上，三根立柱的顶端可以与顶板固定连接，三根立柱的底端可以与底板固定连接。支撑板与立柱通过带有夹紧把手的直线轴承配合。由此，支撑板可带动推拉式电磁铁在竖直方向上运动，当调整到需要的位置时可通过带有夹紧把手的直线轴承进行位置固定。优选的，锤头的材料为钢，以保证能够激励出高频信号。本领域技术人员可以根据需要选择支架的结构，能够使推拉式电磁铁实现竖直方向运动的支架结构均可。

本领域技术人员也可以采用相关技术中已有的力锤对叶片进行敲击。

敲击时，优选敲击发动机叶片靠近边缘的部位，以便使叶片良好的振动，提高测试效果。

在步骤S2中，叶片的振动声音信号由声压传感器进行检测并由数据采集卡进行动态采集。声压传感器靠近叶片表面设置，声压传感器的输出端与数据采集卡的输入端相连，数据采集卡进行数据采集后将数据传输至数据分析处理装置进行处理。

在步骤S3中，振动声音数据的处理由数据分析处理装置完成。数据分析处理装置基于LabVIEW搭建，数据分析处理装置包括工控机，工控机内设置有基于LabVIEW搭建的信号分析与处理模块。在数据处理过程中，信号分析与处理模块对振动声音数据依次进行数据截取、滤波、快速傅里叶变换和固有频率提取。通过快速傅里叶变换，可以将振动声音数据由时域波形变换为频域波形，在频域波形图中，振动幅值最大时对应的频率即为发动机叶片的固有频率。

在发动机中，同一涡轮盘上安装有多个相同的叶片，多个相同叶片的固有频率分散度越小越好，分散度越小，则发动机避开共振所占的转速范围越小，越有利于发动机的稳定运行。多个相同叶片的固有频率分散度采用如下公式进行计算：

分散度=（最大固有频率-最小固有频率）/最小固有频率x100%

其中，最大固有频率为同一组中多个相同叶片所测得的最大固有频率；最小固有频率为同一组中多个相同叶片所测得的最小固有频率。

因此，参照图2，为了使一组发动机叶片的固有频率分散度处于合理范围，本申请公开的发动机叶片固有频率测试方法还包括步骤S4：对多个发动机叶片的固有频率进行分散度计算，若分散度超出限定范围，则对发动机叶片进行调整，使分散度位于限定范围内。

在步骤S4中，若计算得到的一组叶片的分散度超过限定范围，则可以将最大固有频率叶片或最小固有频率叶片替换为其他的同种叶片，使得该组叶片的固有频率分散度处于限定范围内即可。例如，当一组发动机叶片的固有频率分散度限定范围时，可将最大固有频率的叶片换为固有频率较小的其他叶片，或者将最小固有频率的叶片换为固有频率较大的其他叶片，使该组发动机叶片的固有频率分散度在限定范围内。

采用本申请公开的发动机叶片固有频率测试方法对5组发动机叶片试样进行固有频率测试的数据如下：

表1第一组叶片试样

表2 第二组叶片试样

表3 第三组叶片试样

表4 第四组叶片试样

表5 第五组叶片试样

在对上述的发动机叶片进行固有频率测试前，采用固有频率已知的标准叶片对测试设备进行了校准，误差为±1%。由上述数据可知，采用本申请公开的测试方法测试发动机叶片的固有频率效率高、精度高；同组叶片的分散度低于0.3%，适配性好，能快速避开共振频率区域。

以上为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。