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CN112556930A - 一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法 - Google Patents

一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法，包括以下步骤：A、设置振动采样频率和采样时间，同步采集振动信号和转速信号；B、将振动信号和转速信号平均分成n段，依据同步转速信号截取每段振动信号进行时域平均处理；C、依次对n个时域同步平均信号进行FFT转换，提取n个转速同频振动信号的幅值和相位；D、利用3δ法则剔除n个转速同频振动信号的幅值的异常值；E、依据剩余转速同频振动信号的幅值的最大值和最小值计算动平衡数据质量；F、若动平衡数据质量小于µ，计算剩余转速同频振动信号的幅值和相位的平均值，否则返回步骤A。本发明能够有效提高直升机动平衡测试结果的准确率，减少现场动平衡调整次数。

Description

一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法
技术领域
本发明涉及直升机振动健康监测领域，尤其涉及直升机旋翼系统和传动系统的振动测试信号数据质量计算方法。
背景技术
直升机动部件主要包括主旋翼、尾桨、减速器、发动机、传动系统等，各类动部件的结构损坏会直接严重影响直升机的飞行安全，因此监测评估直升机动部件的结构健康情况具有十分重要的意义。直升机动部件的结构损坏或异常一般会表现为直升机各个动部件的振动异常，通过振动监测可以较为准确地评估动部件的健康情况。
直升机动部件平衡测试主要采用同时测量转速信号和振动信号，对时域信号进行时域同步平均算法处理，然后提取和转速同频的振动信号的幅值和相位信息。但是，直升机的主旋翼和尾桨在地面运转和空中飞行时，由于外界气流和直升机旋翼系统结构的影响，主旋翼垂向振动信号和尾桨振动信号实际是幅值变化的非平稳信号，采用上述方法计算的多次测量结果存在较大的偏差，现场人员无法评估测试结果的准确性，进而导致主旋翼和尾桨的动平衡调整次数增加。因此，选用合适的直升机旋翼系统振动信号数据评判方法，判断某个测试时间间隔内振动信号质量，可以有效提高动平衡测试结果的准确性，减少现场动平衡调整次数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法，能够有效提高直升机动平衡测试结果的准确率，减少现场动平衡调整次数。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法，包括以下步骤：
A、设置振动采样频率和采样时间，根据振动采样频率和采样时间同步采集振动信号和转速信号；
B、将振动信号和转速信号平均分成n段，依据同步转速信号截取每段振动信号进行时域平均处理，得到n个时域同步平均信号；
C、依次对n个时域同步平均信号进行FFT转换，提取n个转速同频振动信号的幅值和相位；
D、利用3δ法则剔除n个转速同频振动信号的幅值的异常值，查找剩余转速同频振动信号的幅值的最大值与最小值；
E、计算动平衡数据质量DATA_qty =(Mag_max-Mag_min)/ Mag_max，其中Mag_max为剩余转速同频振动信号的幅值的最大值，Mag_min为剩余转速同频振动信号的幅值的最小值；
F、若动平衡数据质量DATA_qty小于µ，计算剩余转速同频振动信号的幅值和相位的平均值，将其作为当前动平衡的幅值和相位，否则返回步骤A。
所述的步骤C中采用基于比值的内插校正法对提取的n个转速同频振动信号的幅值和相位进行校正。
所述的步骤B中n取值为10。
所述的步骤F中µ取值为0.05。
本发明通过计算旋翼系统振动测试结果的数据质量，可以有效评估当前直升机旋翼系统信号的稳定性，进而提升现场旋翼系统动平衡测试结果的准确性，减少外场动平衡调整次数，提升现场的排故效率，减少开机次数并延长发动机寿命。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明实施例中振动信号截取流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法，包括以下步骤：
A、设置合适的振动采样频率和采样时间，根据振动采样频率和采样时间同步采集振动信号和转速信号。
如图2所示，本实施例中，依据直升机主旋翼和尾桨的转速，设置振动信号和转速信号的采样频率为4096Hz，同步采样时间为被测部件对转速传感器触发50次的时间间隔。
B、将振动信号和转速信号平均分成n段，依据同步转速信号截取每段振动信号进行时域平均处理，得到n个时域同步平均信号。
如图2所示，本实施例中以转速信号连续触发5次高电平的时间间隔为一周期，将与转速信号同步采集的振动信号分成10段，截取10个以转速信号触发的振动信号进行时域平均处理。
通过采用时域同步平均处理，可以有效消除与轴的旋转频率无关的信号分量，包括噪声和无关的周期信号，提高已知周期信号的信噪比。时域同步平均处理为现有技术，实现过程如下：
(1)根据转速信号建立转频时标；(2)根据转频时标对振动信号进行分段，本实施例中取10个转频时标；(3)将每段重采样插值后信号叠加平均，得到平均后的信号。
C、依次对n个时域同步平均信号进行FFT转换，提取n个转速同频振动信号的幅值和相位。
进一步的，本实施例还采用基于比值的内插校正法对提取的n个转速同频振动信号的幅值和相位进行校正，可有效提高经傅里叶变换得到的离散频谱中频率、幅值和相位的精度。
基于比值的内插校正法首先确定一个待内插的谱峰；然后求出主瓣内最高峰和次高峰的幅值比（这一比值取决于窗函数的类型，频率间隔的宽度，以及主峰在区间内位置）；再建立一个以校正频率为变量的方程，解出校正频率，然后进行幅值和相位的校正。
D、利用3δ法则对n个转速同频振动信号的幅值的异常值进行剔除，也就是将n个振动幅值中超过3倍标准差的振动幅值进行剔除，留下在3倍标准差以内的振动幅值，然后查找剩余转速同频振动信号的幅值的最大值与最小值。
E、计算动平衡数据质量DATA_qty =(Mag_max-Mag_min)/ Mag_max，其中Mag_max为剩余转速同频振动信号的幅值的最大值，Mag_min为剩余转速同频振动信号的幅值的最小值。
F、若动平衡数据质量DATA_qty小于µ，计算剩余转速同频振动信号的幅值和相位的平均值，将其作为当前动平衡的幅值和相位，否则返回步骤A，再次进行直升机动平衡测试。本实施例中µ取值为0.05。
本发明通过计算直升机旋翼系统的测试结果的数据质量，可以有效评估当前直升机旋翼系统信号的稳定性。数据质量计算值越小，测试信号越稳定，直升机动平衡测试结果越准确。反之，测试信号不稳定，需要重新进行旋翼系统动平衡测试。当测试结果越准确时，现场维护人员可以通过该直升机平衡八卦图或者矢量分解法快速进行配重片重量计算，提升现场的排故效率，减少开机测试次数，进而延长发动机的寿命。

Claims (4)

1.一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、设置振动采样频率和采样时间，根据振动采样频率和采样时间同步采集振动信号和转速信号；
B、将振动信号和转速信号平均分成n段，依据同步转速信号截取每段振动信号进行时域平均处理，得到n个时域同步平均信号；
C、依次对n个时域同步平均信号进行FFT转换，提取n个转速同频振动信号的幅值和相位；
D、利用3δ法则剔除n个转速同频振动信号的幅值的异常值，查找剩余转速同频振动信号的幅值的最大值与最小值；
E、计算动平衡数据质量DATA_qty =(Mag_max-Mag_min)/ Mag_max，其中Mag_max为剩余转速同频振动信号的幅值的最大值，Mag_min为剩余转速同频振动信号的幅值的最小值；
F、若动平衡数据质量DATA_qty小于µ，计算剩余转速同频振动信号的幅值和相位的平均值，将其作为当前动平衡的幅值和相位，否则返回步骤A。
2.根据权利要求1所述的一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法，其特征在于：所述的步骤C中采用基于比值的内插校正法对提取的n个转速同频振动信号的幅值和相位进行校正。
3.根据权利要求1所述的一种直升机动部件振动信号数据质量计算方法，其特征在于：所述的步骤B中n取值为10。
4.根据权利要求1所述的一种直升机动部件振动信号数据质量计算防范，其特征在于：所述的步骤F中µ取值为0.05。
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