本书围绕航空发动机非接触式振动监测与健康评估中的关键问题，系统介绍了叶端定时技术从响应测量、欠采样信号处理、裂纹故障诊断到动应变重构的完整监测诊断体系。全书共13章，主要内容分为五部分，分别为叶端振动测量、振动参数监测、裂纹故障诊断、健康状态评估与工程应用实例，重点阐述了变转速无键相测量、宽频高阶特征提取、同步/异步振动监测、动频时频跟踪、单模态及多模态动应变重构等核心技术难点，提出了多项具有自主知识产权的创新算法与工程应用方案。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 转子叶片健康监测技术 4
1.1.1 航空发动机振动健康监测系统 5
1.1.2 转子叶片振动测量方法 6
1.2 叶端定时位移测量方法 8
1.2.1 有键相叶端定时测量 9
1.2.2 无键相叶端定时测量 10
1.3 叶端定时振动参数辨识 12
1.3.1 叶片同步振动参数辨识 12
1.3.2 叶片异步振动参数辨识 14
1.4 叶片裂纹故障诊断方法 15
1.5 叶片健康状态评估方法 17
参考文献 19
第一部分 叶端振动测量
第2章 角域叶端振动位移测量方法 31
2.1 引言 31
2.2 叶端定时测量基本原理 32
2.3 叶端振动位移角域测量方法 33
2.3.1 叶端定时信号角域变换 34
2.3.2 叶片角度位置贝叶斯先验 35
2.3.3 叶端振动位移角域递归计算模型 37
2.3.4 叶端振动位移测量误差分析 41
2.4 仿真验证 46
2.4.1 叶端定时模拟器构建 46
2.4.2 叶端振动位移测量结果对比 48
2.5 变转速工况转子叶片实验验证 52
2.5.1 转子叶片实验平台介绍 53
2.5.2 叶端振动位移测量结果 53
2.6 本章小结 57
参考文献 58
第3章 宽频速度叶端定时测量方法 60
3.1 引言 60
3.2 速度叶端定时测量原理 60
3.3 振动参数识别方法 63
3.3.1 无键相转子叶片转速估算 63
3.3.2 融合位移与速度的参数估计 64
3.4 仿真验证 66
3.4.1 叶片单模态振动仿真 66
3.4.2 叶片多模态振动仿真 70
3.5 实验验证 74
3.5.1 高速旋转实验台描述 76
3.5.2 叶片振动参数辨识 79
3.6 本章小结 84
参考文献 85
第4章 高频加速度叶端定时测量方法 86
4.1 引言 86
4.2 加速度叶端定时测量原理 86
4.2.1 时域加速度计算方法 87
4.2.2 角域加速度计算方法 89
4.3 振动参数识别方法 91
4.3.1 融合位移与加速度的参数估计方法 92
4.3.2 基于双参数的同步振动识别方法 93
4.4 高阶振动仿真验证 96
4.4.1 变转速叶端定时振动仿真 96
4.4.2 仿真信号分析与讨论 97
4.4.3 传感器布局的影响 101
4.5 模拟转子实验验证 107
4.5.1 扭转叶片设计方案 107
4.5.2 高速旋转实验平台 108
4.5.3 实验数据分析 109
4.6 本章小结 115
参考文献 115
第二部分 振动参数监测
第5章 叶端定时同步振动监测方法 119
5.1 引言 119
5.2 欠采样信号的传统稀疏表示与重构 120
5.2.1 叶端定时信号稀疏特性 120
5.2.2 经典L1范数的稀疏重构方法 122
5.3 叶片振动参数辨识的L1/2范数非凸稀疏正则化方法 124
5.3.1 L1/2范数非凸稀疏正则化模型 124
5.3.2 块增强非凸稀疏迭代自适应半阈值算法 131
5.3.3 仿真验证 135
5.3.4 实验验证 143
5.4 叶片振动参数辨识的AGMC非凸稀疏正则化方法 154
5.4.1 叶片振动GMC 非凸稀疏正则表示模型 155
5.4.2 加速前向-后向分裂求解算法 159
5.4.3 仿真验证 161
5.4.4 实验验证 174
5.5 本章小结 183
参考文献 184
第6章 叶端定时异步振动监测方法 186
6.1 引言 186
6.2 转子叶片异步振动特性 186
6.2.1 异步振动主要气动故障类型 187
6.2.2 叶片异步振动分析 188
6.3 转子叶片异步振动参数提取 189
6.3.1 多重信号分类方法 189
6.3.2 幅值增强多重信号分类方法 192
6.4 仿真验证 193
6.4.1 辨识特性分析 193
6.4.2 鲁棒性分析 196
6.5 实验验证 197
6.5.1 航空发动机压气机旋转失速监测 197
6.5.2 航空发动机压气机喘振监测 202
6.6 本章小结 206
参考文献 207
第三部分 裂纹故障诊断
第7章 宽转速域叶片振动稀疏时频分析方法 211
7.1 引言 211
7.2 叶端定时欠采样信号稀疏建模 212
7.2.1 转子叶片振动特征 212
7.2.2 叶片振动贝叶斯稀疏先验分布 215
7.3 宽转速域下叶端定时贝叶斯稀疏时频表示方法 217
7.3.1 经典时频表示方法 217
7.3.2 稀疏时频表示模型 218
7.3.3 贝叶斯稀疏时频估计 220
7.4 转子叶片叶端定时信号时频分析仿真验证 227
7.4.1 宽转速域叶端定时信号仿真 227
7.4.2 转子叶片动频追踪监测 228
7.4.3 叶端定时数据缺失信号分析 230
7.5 裂纹扩展叶片动频监测实验验证 232
7.5.1 旋转叶片疲劳实验设备 232
7.5.2 裂纹扩展叶片动频监测 233
7.5.3 叶端定时数据缺失影响分析 238
7.6 本章小结 240
参考文献 241
第8章 强噪声下叶片动频时频增强方法 243
8.1 引言 243
8.2 经典时频特征增强方法 244
8.2.1 时频重排表示 244
8.2.2 时频脊线提取 246
8.3 叶端定时信号贝叶斯时频增强 249
8.3.1 转子叶片坎贝尔图先验 249
8.3.2 叶片动频贝叶斯后验估计 251
8.3.3 叶端定时信号时频重排特征增强 254
8.4 叶片动频增强仿真验证 257
8.4.1 强噪声下动频增强仿真验证 257
8.4.2 少测点下动频增强仿真验证 260
8.4.3 贝叶斯动频先验影响分析 263
8.5 高速转子实验验证 265
8.5.1 转子叶片模态频率先验 265
8.5.2 高速转子叶片动频增强 266
8.5.3 疲劳裂纹叶片动频对比 269
8.6 本章小结 271
参考文献 272
第四部分 健康状态评估
第9章 单模态叶片动应变重构方法 275
9.1 引言 275
9.2 位移-应变响应传递比模型 275
9.2.1 转子叶片模态特性分析 276
9.2.2 叶片振动响应建模 277
9.2.3 单模态响应传递比推导 280
9.2.4 叶片应变测点坐标转换方法 282
9.3 基于有限元分析的传递比修正 284
9.3.1 三维有限元建模与分析 284
9.3.2 有限元分析结果的收敛性研究 287
9.3.3 叶片有限元模型修正技术 290
9.3.4 响应传递比的修正方法 295
9.4 实验验证 296
9.4.1 振动台实验验证 296
9.4.2 高速旋转实验验证 299
9.5 本章小结 304
参考文献 305
第10章 多模态叶片动应变重构方法 307
10.1 引言 307
10.2 多模态动应变的重构方法 307
10.2.1 弦向布置传感器的重构方法 308
10.2.2 周向布置传感器的重构方法 313
10.3 多模态动应变场的仿真分析 315
10.3.1 弦向布置的仿真结果分析 316
10.3.2 动应变场时域可视化研究 321
10.3.3 周向布置的仿真结果分析 323
10.4 多模态动应变场的实验验证 324
10.4.1 弦向布置下的高速旋转实验验证 324
viii 航空发动机叶端定时监测方法与应用
10.4.2 周向布置下的高速旋转实验验证 328
10.5 本章小结 331
参考文献 333
第11章 动应变重构结果的不确定性量化分析 334
11.1 引言 334
11.2 不确定性量化理论与建模方法 334
11.2.1 不确定性量化概念 334
11.2.2 动应变重构的不确定性建模方法 336
11.3 基于最大熵原理的概率密度函数构建 337
11.4 基于Kriging代理模型的有限元模型修正 339
11.5 旋转叶片实验数据的不确定性分析 341
11.5.1 单模态振动数据的不确定性分析 341
11.5.2 多模态振动数据的不确定性分析 347
11.6 本章小结 351
参考文献 351
第五部分 工程应用实例
第12章 航空发动机压气机叶片动频监测工程应用 355
12.1 引言 355
12.2 航空发动机试车台系统简介 356
12.3 变转速工况下叶端振动位移测量 358
12.4 宽转速域叶片动频追踪与识别 361
12.5 强噪声环境下叶片缺块故障诊断 363
12.6 本章小结 368
参考文献 369
第13章 某航空发动机风扇叶片动应变重构工程应用 370
13.1 引言 370
13.2 大涵道比风扇叶片动应变重构 370
13.2.1 风扇叶片三维建模分析 371
13.2.2 风扇叶片振动参数辨识技术 372
13.2.3 动应变重构与可视化展示 375
13.3 展望 378
13.4 本章小结 382
参考文献 383
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