一种辅助动力装置压缩系统流动失稳边界检测方法及系统与流程

本申请属于动力装置，尤其涉及一种辅助动力装置压缩系统流动失稳边界检测方法及系统。

背景技术：

1、辅助动力装置(apu，auxiliary power unit)作为飞机第二动力系统的部件之一。apu具有体积小、重量轻、寿命长、可靠性高、可同时输出轴功率和压缩空气等特点，在提高飞机的安全性、保障性、舒适性以及能源的综合利用率方面起着重要作用，产品多达百余种，功率从几十千瓦到上千千瓦，已成为飞机必不可少的关键机载设备。压缩系统作为apu的核心组成部分之一，在提高apu核心机循环参数和功重比，满足飞机发动机起动、地面维护、座舱环境控制条件下的引气需求等具有重要作用，是研制apu核心机的基础。但其流动失稳难题一直存在。流动失稳现象，包括旋转失速和喘振，因其流动的复杂性和危害后果的严重性，已经严重制约了高性能压缩系统的发展。保持足够的安全裕度，需要确定旋转失速或喘振的边界。从机械角度来看，旋转失速和喘振会引发叶片产生剧烈振动，导致叶片断裂，破坏结构完整性。从气动的角度来看，旋转失速和喘振会使得压缩系统气动性能降低，发动机推力下降。

2、目前，流动失稳检测方法包括：检测喘振流量阈值或人工听音，但由于几何加工偏差、不同安装方式、长时运行的改变，流量阈值会发生改变，且人工听音容易导致流动失稳工况判定失误。

3、因此，亟需提供一种合理高效的压缩系统流动失稳边界检测方法，以快速准确地判定压缩系统流动失稳边界。

技术实现思路

1、为了解决相关技术中采用流动失稳检测方法时检测喘振流量阈值或人工听音，由于几何加工偏差、不同安装方式、长时运行的改变，流量阈值会发生改变，且人工听音容易导致流动失稳工况判定失误的问题，本发明提供一种辅助动力装置压缩系统流动失稳边界检测方法及系统，提升辅助动力装置压缩系统流动失稳边界检测方法的实时准确性，所述技术方案如下：

2、第一方面，提供一种辅助动力装置压缩系统流动失稳边界检测方法，包括：

3、步骤s1、进行试验前准备：在压缩系统试验件机匣、试验台进气段管道和排气段管道的不同位置设置压力测试孔，在压力测试孔上设置用于采集动态压力信号的压力传感器；

4、步骤s2、开始试验，通过变频电机驱动压缩系统试验件转动，然后在预设转速下逐渐关闭试验台的排气主阀，持续采集压缩系统气动参数，并记录压力传感器的动态压力信号；

5、步骤s3、基于压力传感器采集的不同位置的动态压力信号实时计算信号统计物理量，并获取滤波处理后的微元时长t内信号统计物理量的波动幅度，波动幅度用于表征信号统计物理量在增大或变小趋势改变前对应的短时波动幅度；

6、步骤s4、实时判定流动失稳：当信号统计物理量的波动幅度超过预设阈值，判定试验件进入流动失稳工况，并发出报警信号，打开试验台的退喘阀，将采集的上一个稳定工作点作为流动失稳边界，稳定工作点为信号统计物理量的波动幅度未超过预设阈值时试验件的压缩系统气动参数；

7、步骤s5、重新加载或者减速，采集另一转速下试验件性能，重复以上步骤，从而最终确定压缩系统试验件全转速范围内的流动失稳边界。

8、可选地，步骤s1中的压力传感器，同一轴向位置沿着不同周向角度布置的数目为2～8个，布置位置根据实际安装空间确定，可均布或者错开角度布置，以实现动态压力信号转变为电信号。

9、可选地，步骤s1中的压力传感器和机匣的连接方式为螺纹连接，并通过有机硅密封胶密封，以防止漏气。

10、可选地，在步骤s2中，通过采集设备记录压力传感器的动态压力信号，该采集设备的采样频率为1～250khz。

11、可选地，步骤s3中信号统计物理量的波动幅度包括：短时动态压力信号的波动幅度、功率谱最大幅值的波动幅度、两支动态压力信号的互相关系数的波动幅度；当至少1个以上信号统计物理量的波动幅值满足阈值时，判定试验件进入流动失稳工况。

12、可选地，步骤s3中微元时长t根据压力传感器采集压缩系统动态压力信号的频率f来确定。

13、可选地，步骤s4中，短时动态压力信号的波动幅度对应的预设阈值为0.05～0.9，功率谱最大幅值的波动幅度对应的预设阈值根据压缩系统不同折合转速下数值模拟的压比确定，互相关系数的波动幅度对应的预设阈值为0.4～2。

14、第二方面，提供一种辅助动力装置压缩系统流动失稳边界检测系统，用于第一方面任一所述的方法，所述系统包括：压力传感器、变频电机、处理器，其中，处理器用于：

15、通过变频电机驱动压缩系统试验件转动，在预设转速下逐渐关闭试验台的排气主阀，持续采集压缩系统气动参数，并记录压力传感器的动态压力信号；

16、基于压力传感器采集的不同位置的动态压力信号实时计算信号统计物理量，并获取滤波处理后的微元时长t内信号统计物理量的波动幅度；

17、当信号统计物理量的波动幅度超过预设阈值，判定试验件进入流动失稳工况，并发出报警信号，打开试验台的退喘阀，并将采集的上一个稳定工作点作为流动失稳边界。

18、本发明的有益效果在于：

19、本发明具有测试手段易布置和信号特征易测量的优势，可以快速准确地获取辅助动力装置压缩系统不同折合转速下的流动失稳边界，降低辅助动力装置压缩系统的试验风险，防止压缩系统过度喘振损坏试验件及试验台，削减研制成本。

技术特征：

1.一种辅助动力装置压缩系统流动失稳边界检测方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中的压力传感器，同一轴向位置沿着不同周向角度布置的数目为2～8个，布置位置根据实际安装空间确定。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中的压力传感器和机匣的连接方式为螺纹连接，并通过有机硅密封胶密封。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s2中，通过采集设备记录压力传感器的动态压力信号，该采集设备的采样频率为1～250khz。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中信号统计物理量的波动幅度包括：短时动态压力信号的波动幅度、功率谱最大幅值的波动幅度、两支动态压力信号的互相关系数的波动幅度；当至少1个以上信号统计物理量的波动幅值满足阈值时，判定试验件进入流动失稳工况。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3中微元时长t根据压力传感器采集压缩系统动态压力信号的频率f来确定。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤s4中，短时动态压力信号的波动幅度对应的预设阈值为0.05～0.9，功率谱最大幅值的波动幅度对应的预设阈值根据压缩系统不同折合转速下数值模拟的压比确定，互相关系数的波动幅度对应的预设阈值为0.4～2。

8.一种辅助动力装置压缩系统流动失稳边界检测系统，其特征在于，用于权利要求1至7任一所述的方法，所述系统包括：压力传感器、变频电机、处理器，其中，处理器用于：

技术总结本申请提供一种辅助动力装置压缩系统流动失稳边界检测方法及系统，属于动力装置技术领域，该方法通过变频电机驱动压缩系统试验件转动，在预设转速下逐渐关闭试验台的排气主阀，持续采集压缩系统气动参数；实时计算信号统计物理量，并获取滤波处理后的微元时长内信号统计物理量的波动幅度；当信号统计物理量的波动幅度超过预设阈值，判定试验件进入流动失稳工况，并发出报警信号，打开试验台的退喘阀，将采集的上一个稳定工作点作为流动失稳边界；最后重新加载或者减速，采集另一转速下试验件性能，重复以上步骤；可快速准确地获取辅助动力装置压缩系统不同折合转速下的流动失稳边界，降低辅助动力装置压缩系统的试验风险，降低成本。技术研发人员：黄松,梁小强,张朋朋受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心技术研发日：技术公布日：2024/7/25