专利名称：一种发动机零部件固有频率的声学测试方法
技术领域：
本发明涉及零件频率的测试领域，特别提供了一种发动机零部件固有频率的声学测试方法。
背景技术：
现有航空发动机零部件静频测试方法主要有两种，一种是振动台共振法，另一种是接触式传感器的锤击法。
振动台共振测频法，是将零部件在可调频率的激振力作用下，产生强迫振动，当激振力频率等于其固有频率时，振幅将急剧增大，此时零件进入共振状态。在共振状态下测得的零件振动频率，就是其固有频率。电磁振动台是一种成套设备，一般由振动台体和操纵控制台两大部分组成。其测试系统见图2，振动台属于接触激振器，用它激振零部件测固有频率，零部件通过夹具固定在振动台上，并与振动台一起振动。电磁振动台适用范围较广，是当前较为常用的一种激振设备。一些发动机生产厂还将电磁振动台定为叶片测固有频率的标准设备。
电磁振动台适用于试验室使用，而且必须有专用的夹具与之匹配。对于夹具的要求也较高，夹具和振动台以及两者的连接要有足够的刚性，如果夹具与台面接触不良、连接不牢或与台面刚性不足都会影响测频精度。夹具结构、夹紧方式、夹块的加工精度及磨损、 裂纹也会影响测频精度。当测量一些不规则零件(如轮盘)时，很难设计出合适的夹具。而且，振动台测频范围受设备参数限制一般为3000Hz以下。因此，用电磁振动台测发动机零件固有频率具有一定的局限。此方法主要适合发动机叶片及小型简单易装夹零部件对于大型复杂构件很难实现测试。
锤击法测振是古老而经典的测振方法，过去由于没有动态分析系统，这种测振方法长期停滞没有发展。1965年提出了快速傅里叶变换(FFT)计算方法及电子计算机的问世，使运算速度大大提高，也使锤击法测振得到了快速发展。
用锤击法测发动机零部件的振动特性时，一次试验可获得大量信息，经过数据处理，能直接给出发动机零部件的多阶振动的固有频率、振型、模态阻尼比以及模态质量等参数。
锤击法作振动试验和常规法不同，它不用激振器、信号源等各种电子仪器，只用带力传感器的手锤和测量响应的传感器及响应数据采集分析仪。用力锤击发动机零部件，记录冲力和零件的响应。然后借助数采系统的快速傅氏变换(FFT)，迅速测出结构的动力特性，经过数据处理得到模态参数。但锤击法测试较小零部件固有频率时，受到粘贴在零部件上的传感器附加质量影响，误差较大。对于成批零部件测频时，需要反复粘贴传感器，而且传感器粘贴位置，对测频结构影响较大。
随着发动机的更新换代，发动机的零部件越来越集成化、复杂化，如整体叶盘等复杂结构件在新一代发动机中所占比重越来越大，而这样复杂的构件受到结构及其安装条件限制，无法采用传统的固有频率测试方法。
而对于这些成批量的叶片测频工作来说，测试前三、四阶固有频率时，振动台共振法需要从低频段扫描到高频段，耗时较长，而一般振动台频率范围在3000Hz以下，高于 3000Hz的固有频率就无法测试，如果采用加速度传感器锤击法测频，需要反复粘贴安装测试传感器，通过计算力创感器与测振创感器的传递函数来得到零部件固有频率，传递函数的好坏受到力锤作用太大、作用时间及测振传感器安装位置的影响很大。力锤作用力太大容易损坏零部件，力太小传递函数质量就不好，高阶频率也激励不出来。频率较高的金属部件或小部件频率较高，要求力锤作用时间越短越好，而力锤作用的时间长短与锤头的材质有关，越硬的锤头作用时间越短(钢锤头)，但用较硬的锤头必定对零部件有一定损伤。再者，测振传感器的安装位置对测频结果影响也很大，如果测振传感器安装到零部件振动节线上时就无法拾取振动信号，也就测不出零部件的固有频率
发明内容
本发明的目的在于提供一种发动机零部件固有频率的声学测试方法，以解决振动台共振法和接触式传感器的锤击法测量成批量生产的复杂结构零部件的固有频率存在的夹具复杂，测量范围受限，以及测量结果误差大的问题。
本发明提供了一种发动机零部件固有频率的声学测试方法，其测试过程的原理如下首先，用小木锤激振被测零部件，然后，用声波感应传感器采集被测零部件激振声波信号，声波信号经过传感器转换为电压信号，电压信号再经过前置放大器放大调理后传输给信号采集处理器，再经过计算机中的专业信号分析软件(DHDAS信号测试分析系统软件)对信号采集处理器传输过来的声波数字信号进行自谱分析，这样就可以通过声波信号测试零部件的固有频率了，其中，该方法的具体操作步骤如下，首先，将被测零部件(1)放置在工作平台(3)上；然后，将声波感应传感器(4)放置在距离被测零部件(1)的3cm 5cm处，再用小木锤激振被测零部件(1 )，通过声波感应传感器 (4)采集被测零件发出的声波，声波依次经过前置放大器(5)、信号采集处理器(6)，最终， 由计算机(7)输出被测零部件的各阶频率。
其中，当被测零部件为整体叶盘叶片，可以将整体叶盘叶片的盘体上放置胶皮垫后，再在盘体胶皮垫上放置配重夹具，然后再进行激振测试，盘体胶皮垫上放置配重夹具是为了阻尼盘体振动，这样过滤掉盘体固有频率声波信号，同时，也可以将整体叶盘叶片中无需检测的区域进行阻尼，测试复杂构件局部区域固有频率时，考虑到振动才能产生声音，通过测试振动声波来测试局部区域固有频率，这样我们可以采取合理措施将复杂构件不感兴趣部分的振动阻尼掉，不振动就不产生声波信号，这样我们可以从振动源处就将不感兴趣部分的固有频率过滤掉，优选的阻尼方式为填充高吸收性物质，如高密度海绵等，通过以上的措施既可以防止盘体耦合振动，又可以放置相邻叶片的振动耦合，从而大大的提高的叶片固有频率的测量精确度。
此外，由于整体叶盘结构复杂，传统的振动台共振法和接触式传感器的锤击法都是无法测量的，而声学法的测试优点正好能满足整体叶片的固有频率测试，这样整体叶盘的声学法测试填补了该项技术空白。
当被测零部件为发动机工作叶片时，在测量之前需要使用相应的夹具2将发动机工作叶片1固定在工作平台3上。
本发明提供的一种发动机零部件固有频率的声学测试方法要求测试环境噪声不要超过叶片敲击声声压级，优选在安静的实验室里进行，同吋，用小木锤激振吋，激振动作 要快速、干净。由干，声波信号可以看作一个连续的随时间变化的样本函数X (t)，它的自相关函 数为
权利要求
1.一种发动机零部件固有频率的声学测试方法，其特征在于具体的测试步骤如下， 首先，将被测零部件(1)放置在工作平台(3)上；然后，将声波感应传感器(4)放置在距离被测零部件(1)的3cm 5cm处，再用小木锤激振被测零部件(1)，通过声波感应传感器 (4)采集被测零件发出的声波，声波依次经过前置放大器(5)、信号采集处理器(6)，最终， 由计算机(7)输出被测零部件的各阶频率。
2.按照权利要求1所述发动机零部件固有频率的声学测试方法，其特征在于所述的发动机零部件为整体叶盘叶片。
3.按照权利要求1所述发动机零部件固有频率的声学测试方法，其特征在于所述的发动机零部件为发动机工作叶片。
4.按照权利要求2所述发动机零部件固有频率的声学测试方法，其特征在于在整体叶盘叶片的盘体上放置胶皮垫后，再在盘体胶皮垫上放置配重夹具，然后进行激振测试。
5.按照权利要求2所述发动机零部件固有频率的声学测试方法，其特征在于将整体叶盘叶片中无需检测的区域进行阻尼。
6.按照权利要求5所述发动机零部件固有频率的声学测试方法，其特征在于所述的阻尼方式为填充高吸收性物质。
7.按照权利要求3所述发动机零部件固有频率的声学测试方法，其特征在于使用夹具(2)将发动机工作叶片(1)固定在工作平台(3)上。
全文摘要
一种发动机零部件固有频率的声学测试方法，其特征在于具体的测试步骤如下，首先，将被测零部件(1)放置在工作平台(3)上；然后，将声波感应传感器(4)放置在距离被测零部件(1)的3cm～5cm处，再用小木锤激振被测零部件(1)，通过声波感应传感器(4)采集被测零件发出的声波，声波依次经过前置放大器(5)、信号采集处理器(6)，最终，由计算机(7)输出被测零部件的各阶频率；该方法具有操作简单，不伤害零部件，测试频带宽，测试结果精确的优点。
文档编号G01H13/00GK102538950SQ20101060262
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者万利, 刘伟, 王国鹏, 王增玉, 范秀杰 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司