本發(fā)明涉及壓氣機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及壓氣機(jī)的氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷與控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)外對(duì)壓氣機(jī)失穩(wěn)先兆機(jī)理和調(diào)控手段的研究相對(duì)孤立，方法比較單一，尚沒有一種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)集失穩(wěn)先兆研究分析、實(shí)時(shí)預(yù)警、在線調(diào)控于一體的裝置及方法。針對(duì)集氣動(dòng)失穩(wěn)先兆的診斷與控制研究功能為一體的裝置及方法，不但能用于澄清葉輪機(jī)械領(lǐng)域復(fù)雜的失穩(wěn)先兆、失穩(wěn)機(jī)理等科學(xué)問題，更能為發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性控制技術(shù)提供支持。因此，一種能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓氣機(jī)失穩(wěn)先兆類型進(jìn)行區(qū)分，對(duì)前失速先兆以及失速先兆進(jìn)行實(shí)時(shí)捕捉、分析與在線控制的裝置及方法，不僅能夠幫助澄清葉輪機(jī)械領(lǐng)域復(fù)雜的失穩(wěn)先兆、失穩(wěn)機(jī)理等科學(xué)問題，更能為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性控制技術(shù)提供有益思路。而且，也將為實(shí)際發(fā)動(dòng)機(jī)提高失速裕度積累豐富的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，符合國民經(jīng)濟(jì)和國防建設(shè)迫切需求，并在科學(xué)和技術(shù)上具有一定難度和挑戰(zhàn)性的工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是公開一種壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷與控制的裝置及方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓氣機(jī)失穩(wěn)先兆類別辨識(shí)，對(duì)失速先兆以及前失速先兆捕捉，并通過相應(yīng)的控制機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性的實(shí)時(shí)調(diào)控。

(二)技術(shù)方案

本發(fā)明提供了一種壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷和控制的裝置，包括測量設(shè)備、信號(hào)處理設(shè)備和控制執(zhí)行設(shè)備；所述測量設(shè)備用于實(shí)時(shí)測量壓氣機(jī)內(nèi)部不同位置的氣流的壓力或速度脈動(dòng)，并將從不同位置獲得實(shí)時(shí)測量信號(hào)傳輸至信號(hào)處理設(shè)備；其中，所述實(shí)時(shí)測量信號(hào)包括實(shí)時(shí)測量的氣流的壓力或速度脈動(dòng)信號(hào)。所述信號(hào)處理設(shè)備用于根據(jù)所述實(shí)時(shí)測量信號(hào)，判斷壓氣機(jī)運(yùn)行的失穩(wěn)先兆類型及空間分布，輸出相應(yīng)的控制策略信號(hào)給控制執(zhí)行設(shè)備；所述控制執(zhí)行設(shè)備根據(jù)接收到控制策略信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作，對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定性調(diào)控。

可選地，所述不同位置的氣流的壓力或速度脈動(dòng)包括壓氣機(jī)各級(jí)動(dòng)葉和靜葉進(jìn)出口通道壓力或速度脈動(dòng)、動(dòng)葉葉頂與機(jī)匣壁面之間的壓力脈動(dòng)、靜葉葉表壓力脈動(dòng)以及動(dòng)葉通道內(nèi)部壓力脈動(dòng)至少之一。

可選地，所述測量設(shè)備包括接觸式測量設(shè)備，所述接觸式測量設(shè)備包括動(dòng)態(tài)壓力傳感器和動(dòng)態(tài)探針；所述動(dòng)態(tài)壓力傳感器布置在壓氣機(jī)動(dòng)葉機(jī)匣壁面，用于實(shí)時(shí)測量壓氣機(jī)動(dòng)葉葉頂氣流壓力脈動(dòng)；所述動(dòng)態(tài)探針布置在進(jìn)出口通道內(nèi)部，實(shí)時(shí)測量動(dòng)葉進(jìn)出口通道和靜葉進(jìn)出口通道的氣流壓力或速度脈動(dòng)。所述測量設(shè)備還包括非接觸式測量設(shè)備；所述非接觸式測量設(shè)備包括光學(xué)測量儀器；所述機(jī)匣為透明機(jī)匣；所述壓氣機(jī)的氣流中摻雜有反光顆粒；所述光學(xué)測量儀器沒置在機(jī)匣外部，用于發(fā)射激光并接收壓氣機(jī)的氣流中的反光顆粒反射的光信號(hào)，實(shí)時(shí)測量動(dòng)葉和靜葉通道內(nèi)部的氣流壓力或速度脈動(dòng)。

可選地，所述信號(hào)處理設(shè)備包括中央處理器；所述中央處理器用于提取所述實(shí)時(shí)測量信號(hào)中的壓力或速度脈動(dòng)的特性參數(shù)，并將所述特性參數(shù)與閾值進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)判斷所述壓氣機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)；其中，所述特性參數(shù)包括頻譜特性、相關(guān)特性或傳播特性中的至少之一；所述閾值為預(yù)先設(shè)定壓氣機(jī)中氣流壓力或速度脈動(dòng)從穩(wěn)定性到非穩(wěn)定性的臨界值。

可選地，所述控制執(zhí)行設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)模塊和作動(dòng)模塊；所述驅(qū)動(dòng)模塊接收所述信號(hào)處理設(shè)備傳輸?shù)目刂撇呗孕盘?hào)，并根據(jù)所述控制策略信號(hào)輸出相應(yīng)的執(zhí)行信號(hào)給作動(dòng)模塊；所述作動(dòng)模塊根據(jù)所述執(zhí)行信號(hào)對(duì)壓氣機(jī)的進(jìn)行穩(wěn)定性調(diào)控。所述作動(dòng)模塊包括進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉、自循環(huán)抽吸-噴氣機(jī)構(gòu)、微噴氣機(jī)構(gòu)和機(jī)匣處理中的至少一個(gè)。

本發(fā)明還提供了一種使用上述壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷和控制的裝置進(jìn)行壓氣機(jī)穩(wěn)定性診斷和控制的方法，包括以下步驟：

S1、測量設(shè)備實(shí)時(shí)測量壓氣機(jī)內(nèi)部不同位置的氣流壓力或速度脈動(dòng)，并將從不同位置獲得實(shí)時(shí)測量信號(hào)傳輸至信號(hào)處理設(shè)備。

S2、信號(hào)處理設(shè)備根據(jù)所述實(shí)時(shí)測量信號(hào)，判斷壓氣機(jī)運(yùn)行的失穩(wěn)先兆類型及空間分布，輸出控制策略信號(hào)給控制執(zhí)行設(shè)備。

S3、控制執(zhí)行設(shè)備根據(jù)接收到控制策略信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作，對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定性調(diào)控。

可選地，步驟S2包括：

S21、信號(hào)處理設(shè)備提取所述實(shí)時(shí)測量信號(hào)中的氣流的壓力或速度脈動(dòng)的特性參數(shù)；所述特性參數(shù)包括頻譜特性、相關(guān)特性或傳播特性中的至少之一。

S22、信號(hào)處理設(shè)備判斷所述特性參數(shù)是否達(dá)到或超過閾值；所述閾值為預(yù)先設(shè)定的壓氣機(jī)中氣流壓力或速度脈動(dòng)從穩(wěn)定性到非穩(wěn)定性的臨界值。

S23、當(dāng)所述特性參數(shù)達(dá)到或超過所述閾值，信號(hào)處理設(shè)備輸出控制策略給控制執(zhí)行設(shè)備。

(三)有益效果

本發(fā)明的壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷與控制裝置，優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明裝置和方法集成了多通道數(shù)據(jù)采集模塊、動(dòng)態(tài)信號(hào)數(shù)據(jù)分析模塊以及驅(qū)動(dòng)模塊。能夠同時(shí)進(jìn)行壓力和速度脈動(dòng)數(shù)據(jù)采集、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及動(dòng)態(tài)信號(hào)的快速分析。

2、本發(fā)明裝置和方法能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測壓氣機(jī)內(nèi)部動(dòng)態(tài)壓力和速度脈動(dòng)，并能快速判斷壓氣機(jī)失穩(wěn)途徑。

3、本發(fā)明裝置和方法能夠?qū)簹鈾C(jī)的失速先兆和前失速先兆信號(hào)實(shí)時(shí)捕捉，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性監(jiān)測。

4、本發(fā)明裝置和方法能夠通過充分利用實(shí)時(shí)捕捉的壓氣機(jī)前失速先兆信號(hào)和葉頂噴氣、自循環(huán)抽吸-噴氣以及可調(diào)導(dǎo)葉控制手段，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性的靈活調(diào)控。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的的壓氣機(jī)的氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷控制裝置結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明一實(shí)施例的測量設(shè)備在壓氣機(jī)中的布置示意圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的壓氣機(jī)失穩(wěn)類型示意圖；

圖4為本發(fā)明利用一實(shí)施例的壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷控制方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

本發(fā)明的目的是提供一種用于壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷和控制的裝置和方法，同時(shí)實(shí)現(xiàn)壓氣機(jī)的失穩(wěn)先兆研究分析、實(shí)時(shí)預(yù)警、和在線調(diào)控。當(dāng)壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，其平均氣流脈動(dòng)，包括氣流的壓力和速度脈動(dòng)，維持在在一定范圍內(nèi)。區(qū)別于平均氣流脈動(dòng)，能影響到壓氣機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的氣流壓力或速度脈動(dòng)被稱為擾動(dòng)。擾動(dòng)產(chǎn)生后，如不加抑制或消除，持續(xù)發(fā)展就會(huì)引起壓氣機(jī)失穩(wěn)。壓氣機(jī)失穩(wěn)是指壓氣機(jī)進(jìn)入非穩(wěn)定性工作狀態(tài)的過程。從擾動(dòng)的產(chǎn)生到最終導(dǎo)致壓氣機(jī)失穩(wěn)之前，壓氣機(jī)的氣流的壓力或速度脈動(dòng)會(huì)呈現(xiàn)出一定的先兆特征，本說明書將此類特征稱為失穩(wěn)先兆。這些失穩(wěn)先兆大致可以區(qū)分為前失速先兆、失速先兆。其中，失速先兆是指失穩(wěn)前的壓力或速度脈動(dòng)特征。前失速先兆是在失速先兆之前更小更細(xì)微的擾動(dòng)分量。換言之，壓氣機(jī)進(jìn)入失穩(wěn)的過程是從穩(wěn)定工作狀態(tài)，經(jīng)前失速先兆，到失速先兆發(fā)展最后進(jìn)入失穩(wěn)。

本發(fā)明的裝置和方法應(yīng)用于壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性實(shí)時(shí)診斷和控制。本發(fā)明能夠?qū)崟r(shí)測量壓氣機(jī)內(nèi)不同位置的氣流的壓力和/或速度脈動(dòng)，實(shí)時(shí)判斷壓氣機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并進(jìn)行在線調(diào)控。其中，此處的壓氣機(jī)內(nèi)不同位置的氣流的壓力和/或速度脈動(dòng)主要包括壓氣機(jī)各級(jí)動(dòng)葉和靜葉進(jìn)出口通道壓力或速度脈動(dòng)、動(dòng)葉葉頂與機(jī)匣壁面之間的壓力脈動(dòng)、靜葉葉表壓力脈動(dòng)以及動(dòng)葉通道內(nèi)部壓力脈動(dòng)。本發(fā)明通過對(duì)上述不同位置獲得的氣流的壓力和/或速度脈動(dòng)等實(shí)時(shí)測量信號(hào)進(jìn)行分析，判斷該實(shí)時(shí)測量信號(hào)中的氣流的壓力和/或速度脈動(dòng)的特征是否達(dá)到甚至超過前失速先兆、和/或失速先兆等失穩(wěn)先兆，并在相應(yīng)失穩(wěn)先兆出現(xiàn)最初時(shí)間段內(nèi)，根據(jù)失穩(wěn)先兆的類型和空間分布特性針對(duì)性的采取相應(yīng)的調(diào)控措施，及時(shí)消除擾動(dòng)的影響，抑制失穩(wěn)先兆的進(jìn)一步傳播。壓氣機(jī)中擾動(dòng)發(fā)生的空間位置大致包括通道圓周位置、通道徑向位置和軸向位置。其中，通道圓周位置指各級(jí)動(dòng)葉葉頂與機(jī)匣之間的圓周位置；通道徑向位置指從輪轂到機(jī)匣之間徑向位置，主要包括動(dòng)葉進(jìn)出口通道和/或靜葉進(jìn)出口通道所在的徑向位置。軸向位置指的是各級(jí)動(dòng)葉和靜葉的通道內(nèi)部。通過在這些位置上布置一定的測量設(shè)備，就能夠?qū)簹鈾C(jī)中這些位置的氣流脈動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)擾動(dòng)的產(chǎn)生。當(dāng)測量到壓氣機(jī)中發(fā)生擾動(dòng)后，通過信號(hào)處理設(shè)備預(yù)判該擾動(dòng)對(duì)壓氣機(jī)運(yùn)行的影響，如果擾動(dòng)的發(fā)展程度達(dá)到或者已經(jīng)引發(fā)前失速先兆、或失速先兆，則需要對(duì)壓氣機(jī)采取必要的控制策略，進(jìn)行針對(duì)性的調(diào)控。

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的用于壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷和控制的裝置結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，一實(shí)施例的裝置包括測量設(shè)備100、信號(hào)處理設(shè)備200、控制執(zhí)行設(shè)備300和上位機(jī)400。其中：

測量設(shè)備100用于實(shí)時(shí)測量壓氣機(jī)內(nèi)部不同位置的氣流的壓力或速度脈動(dòng)，從而在壓氣機(jī)失穩(wěn)過程中可快速辨識(shí)壓氣機(jī)的失穩(wěn)途徑，然后將獲得的實(shí)時(shí)測量信號(hào)傳輸給信號(hào)處理設(shè)備200。該實(shí)時(shí)測量信號(hào)包括實(shí)時(shí)測量的氣流的壓力或速度脈動(dòng)信號(hào)。如果不能有效辨識(shí)失穩(wěn)起始位置，即擾動(dòng)發(fā)生的初始位置，則很難施加可靠的控制手段抑制失穩(wěn)。實(shí)時(shí)檢測到擾動(dòng)的時(shí)空分布，從而實(shí)現(xiàn)快速判斷壓氣機(jī)失穩(wěn)的途徑的目的。

信號(hào)處理設(shè)備200用于根據(jù)所述實(shí)時(shí)測量信號(hào)，判斷壓氣機(jī)運(yùn)行的失穩(wěn)先兆類型及其空間分布，輸出控制策略信號(hào)給控制執(zhí)行設(shè)備300；信號(hào)處理設(shè)備200根據(jù)獲取的失穩(wěn)途徑選取合適的失速先兆和/或前失速先兆檢測分析方法，進(jìn)行分析后，輸出控制策略至控制執(zhí)行設(shè)備300。

控制執(zhí)行設(shè)備300根據(jù)接收到控制策略信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作，對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定性調(diào)控。

上位機(jī)400預(yù)裝數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件，對(duì)信號(hào)采集過程、控制過程與結(jié)果進(jìn)行顯示。

一實(shí)施例中測量設(shè)備100包括接觸式測量設(shè)備和非接觸式測量設(shè)備兩類；其中接觸式測量設(shè)備包括動(dòng)態(tài)壓力傳感器110和動(dòng)態(tài)探針120。非接觸式測量設(shè)備包括光學(xué)測量儀器130。

一實(shí)施例中測量設(shè)備100在壓氣機(jī)中不同位置的布置如圖2所示。

多個(gè)動(dòng)態(tài)壓力傳感器110布置在壓氣機(jī)動(dòng)葉機(jī)匣壁面里面，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測壓氣機(jī)動(dòng)葉葉頂壓力脈動(dòng)。

多個(gè)動(dòng)態(tài)探針120布置在進(jìn)出口通道內(nèi)部，用于實(shí)時(shí)檢測動(dòng)葉進(jìn)出口通道壓力脈動(dòng)和靜葉進(jìn)出口壓力脈動(dòng)

光學(xué)測量儀器130布置壓氣機(jī)外部，通過激光反射作用測量在靜葉和動(dòng)葉通道內(nèi)部的壓力脈動(dòng)。使用光學(xué)測量儀器130時(shí)，要求一實(shí)施例的機(jī)匣為透明材質(zhì)，保證激光能夠穿透。并且，在進(jìn)入壓氣機(jī)的氣流中持續(xù)摻雜反光顆粒，使反光顆粒隨氣流在靜葉和動(dòng)葉通道內(nèi)部流動(dòng)。光學(xué)測量儀器130布置在機(jī)匣外部，通過測量反光顆粒的反射的光來判斷氣體通道的流動(dòng)失穩(wěn)先兆，實(shí)時(shí)檢測動(dòng)葉和靜葉通道內(nèi)部流動(dòng)。

一實(shí)施例中，信號(hào)處理設(shè)備200包括多通道采集模塊210、A/D轉(zhuǎn)換模塊220、中央處理器230、D/A轉(zhuǎn)換模塊240、通訊模塊250。多通道采集模塊210與測量設(shè)備100電連接，接收測量設(shè)備100從壓氣機(jī)不同位置獲得的實(shí)時(shí)測量信號(hào)，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換模塊220。

A/D轉(zhuǎn)換模塊220將接收的實(shí)時(shí)測量信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，即模擬信號(hào)/數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換。然后傳輸給中央處理器230。

中央處理器230用于提取所述實(shí)時(shí)測量信號(hào)中的壓力或速度脈動(dòng)的特性參數(shù)，并將所述特性參數(shù)與閾值進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)判斷所述壓氣機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定狀態(tài)。其中，所述特性參數(shù)包括頻譜特性、相關(guān)特性或傳播特性中的至少之一。所述閾值為預(yù)先設(shè)定壓氣機(jī)中氣流壓力或速度脈動(dòng)從穩(wěn)定性到非穩(wěn)定性的臨界值。

具體地，中央處理器230包括擾動(dòng)分析算法子模塊和比較算法子模塊。其中，擾動(dòng)分析算法子模塊集成了頻譜分析、時(shí)序分析、小波分析、相關(guān)分析以及概率統(tǒng)計(jì)分析算法，對(duì)擾動(dòng)進(jìn)行頻譜分析、相關(guān)分析、及傳播特性分析，獲得擾動(dòng)的頻譜特性、相關(guān)特性以及傳播特性等特征參數(shù)，并以此作為穩(wěn)定性控制的依據(jù)。擾動(dòng)分析算法子模塊集成了多種分析算法，可以使擾動(dòng)的檢測分析更加全面，同時(shí)能夠及時(shí)的捕捉到擾動(dòng)的發(fā)生，為控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)留有足夠的時(shí)間。因?yàn)閿_動(dòng)都混雜于壓氣機(jī)平均流脈動(dòng)中，例如，對(duì)于小擾動(dòng)，可能被壓氣機(jī)本身的噪聲干擾。這種情況下，頻譜分析可能會(huì)難以覺察，而相關(guān)分析和小波分析就可以及時(shí)判斷此類小擾動(dòng)的產(chǎn)生。又例如，對(duì)于比較強(qiáng)的擾動(dòng)，頻譜分析就能夠比較容易直觀反映。

比較算法子模塊中預(yù)先設(shè)定壓氣機(jī)中氣流壓力或速度脈動(dòng)從穩(wěn)定性到非穩(wěn)定性的閾值，其中，閾值是根據(jù)壓氣機(jī)在前失速先兆、或失速前兆呈現(xiàn)出的氣流壓力或速度脈動(dòng)的特征參數(shù)等進(jìn)行選擇。將擾動(dòng)算法子模塊提取的特性參數(shù)與閾值進(jìn)行比較，判斷壓氣機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)分析模塊中數(shù)據(jù)處理的有效信號(hào)傳輸?shù)目刂茍?zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)模塊中。然后輸出信號(hào)至D/A轉(zhuǎn)換模塊傳輸信號(hào)至D/A轉(zhuǎn)換模塊240；

D/A轉(zhuǎn)換模塊240輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)量/模擬量的轉(zhuǎn)換處理，然后傳輸至控制執(zhí)行設(shè)備300。

通訊模塊250與上位機(jī)400進(jìn)行雙向通訊，同時(shí)也與中央處理器230進(jìn)行雙向通訊。

一實(shí)施例中，控制執(zhí)行設(shè)備300包括驅(qū)動(dòng)模塊310、和作動(dòng)模塊320。其中驅(qū)動(dòng)模塊310與控制措施的作動(dòng)模塊連接，用于接收信號(hào)處理設(shè)備傳輸?shù)男盘?hào)，根據(jù)壓氣機(jī)失穩(wěn)途徑的不同，輸出不同的執(zhí)行信號(hào)至作動(dòng)模塊320。作動(dòng)模塊320根據(jù)接收到的執(zhí)行信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)的調(diào)控功能，比如作動(dòng)可調(diào)導(dǎo)葉的步進(jìn)電機(jī)或葉尖噴氣的比例電磁閥，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓氣機(jī)穩(wěn)定性的靈活在線調(diào)控。

作動(dòng)模塊320包括進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉321、自循環(huán)抽吸-噴氣機(jī)構(gòu)322、微噴氣機(jī)構(gòu)323、以及機(jī)匣處理機(jī)構(gòu)324。

可調(diào)導(dǎo)葉機(jī)構(gòu)321針對(duì)葉根失速或角區(qū)分離，可以作動(dòng)可調(diào)導(dǎo)葉的步進(jìn)電機(jī)，調(diào)整導(dǎo)葉的預(yù)旋角度，達(dá)到調(diào)整動(dòng)葉進(jìn)口攻角，改善流動(dòng)的效果；

自循環(huán)抽吸-噴氣機(jī)構(gòu)322和微噴氣機(jī)構(gòu)323針對(duì)葉尖失速，可以以噴氣的方式，減小葉尖負(fù)載或者抑制葉尖泄漏，從而達(dá)到拓寬壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍的目的；

機(jī)匣處理機(jī)構(gòu)324針對(duì)葉尖失速，可以調(diào)節(jié)背腔大小，抑制擾動(dòng)的增長，從而達(dá)到拓寬壓氣機(jī)穩(wěn)定工作范圍的目的；

一實(shí)施例中上位機(jī)400上預(yù)裝數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件，對(duì)信號(hào)采集過程、控制過程與結(jié)果進(jìn)行顯示。上位機(jī)400在將進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示的同時(shí)，還可以通過通訊模塊250向中央處理器240傳輸數(shù)據(jù)。

圖3是本發(fā)明一實(shí)施例的壓氣機(jī)失穩(wěn)類型示意圖。擾動(dòng)的發(fā)生，即失穩(wěn)的起始位置和時(shí)間都會(huì)有所不同，在壓氣機(jī)動(dòng)葉和靜葉內(nèi)部也比較多樣化，如果不能有效辨識(shí)失穩(wěn)起始位置，很難施加可靠的控制手段抑制失速。雖然數(shù)值計(jì)算可以模擬壓氣機(jī)失速過程中擾動(dòng)產(chǎn)生的起始位置，但是無法模擬在壓氣機(jī)變工況運(yùn)行以及進(jìn)口邊界條件變化時(shí)的狀況，比如部分負(fù)荷運(yùn)行和進(jìn)口畸變條件。如圖3所示，由于葉片負(fù)荷以及進(jìn)口邊界條件變化，壓氣機(jī)可以有不同的失穩(wěn)途徑，就需要在不同位置進(jìn)行測量。有的壓氣機(jī)是周向長尺度擾動(dòng)，此種情況下布置在壓氣機(jī)進(jìn)出口通道上動(dòng)態(tài)探針120就能夠有效地測量到擾動(dòng)信號(hào)；有的壓氣機(jī)是動(dòng)葉葉尖突尖失速，此種情況下，布置在壓氣機(jī)動(dòng)葉機(jī)匣壁面的動(dòng)態(tài)壓力傳感器110就能夠有效地測量到此處的擾動(dòng)信號(hào)；有的壓氣機(jī)是動(dòng)葉葉根失速，有的壓氣機(jī)是靜葉葉根角區(qū)失速，這種失速使用光學(xué)測量儀器130，通過測量反光顆粒的反射的光來判斷氣體通道的流，實(shí)時(shí)檢測動(dòng)葉和靜葉通道內(nèi)部流動(dòng)。

圖3中，失穩(wěn)類型是指壓氣機(jī)進(jìn)入非穩(wěn)定性工作的方式，主要包括系統(tǒng)喘振和局部旋轉(zhuǎn)失速。失穩(wěn)分布是指壓氣機(jī)失穩(wěn)先兆產(chǎn)生的空間分布位置。

系統(tǒng)失穩(wěn)一般由系統(tǒng)擾動(dòng)或局部湍流失穩(wěn)擾動(dòng)不斷發(fā)展而成。其中系統(tǒng)擾動(dòng)是指發(fā)生在整個(gè)動(dòng)葉葉片排周向大尺度擾動(dòng)；局部湍流失穩(wěn)擾動(dòng)是指發(fā)生在動(dòng)葉或者靜葉某個(gè)局部位置的擾動(dòng)；這兩者的區(qū)別是系統(tǒng)擾動(dòng)是大尺度周向傳播的擾動(dòng)，局部湍流失穩(wěn)擾動(dòng)是發(fā)生葉尖或者葉根，一個(gè)或者幾個(gè)通道內(nèi)部的擾動(dòng)。同時(shí)，局部湍流擾動(dòng)的發(fā)展也有可能演變?yōu)橄到y(tǒng)擾動(dòng)。

系統(tǒng)擾動(dòng)一般由進(jìn)出口通道周向不均勻性引起。其中進(jìn)出口通道周向不均勻性擾動(dòng)是指發(fā)生在各級(jí)動(dòng)葉和/或靜葉進(jìn)出口通道所在的位置處的流動(dòng)周向不均勻性。動(dòng)態(tài)探針120布置在各級(jí)動(dòng)葉和/或靜葉進(jìn)出口通道處，可以測量各級(jí)動(dòng)葉和/或靜葉進(jìn)出口通道周向不均勻性，包括從輪轂到機(jī)匣內(nèi)壁的徑向擾動(dòng)。沿周向?qū)ΨQ布置多個(gè)動(dòng)態(tài)探針之后，可以捕捉葉片排全圓周的擾動(dòng)傳播特性。

局部湍流失穩(wěn)擾動(dòng)主要分布在通道徑向位置和軸向位置，包括葉尖擾動(dòng)和葉根擾動(dòng)。其中葉尖擾動(dòng)發(fā)生在動(dòng)葉葉尖某個(gè)或某幾個(gè)通道內(nèi)，葉根擾動(dòng)是發(fā)生在靜葉和動(dòng)葉葉根的擾動(dòng)。

葉尖擾動(dòng)主要是動(dòng)葉葉尖尖峰失速，主要是突尖型失速先兆。動(dòng)態(tài)壓力傳感器110布置在壓氣機(jī)動(dòng)葉機(jī)匣壁面，可以測量動(dòng)葉葉尖尖峰失速。動(dòng)葉葉尖尖峰失速在機(jī)匣壁面可表現(xiàn)為壓力的尖峰脈動(dòng)，可通過在機(jī)匣內(nèi)部布置的動(dòng)態(tài)壓力傳感器110捕捉到壓力的尖峰脈動(dòng)，進(jìn)而測量動(dòng)葉葉尖尖峰失速。

葉根擾動(dòng)包括動(dòng)葉葉根失速和靜葉角區(qū)失速，主要表現(xiàn)為端區(qū)的流動(dòng)分離。接觸式測量的傳感器難以捕捉到轉(zhuǎn)子和靜子根部的壓力脈動(dòng)，此時(shí)需要借助光學(xué)測量儀器130實(shí)現(xiàn)對(duì)根部的分離壓力脈動(dòng)波的檢測。

當(dāng)測量設(shè)備100實(shí)時(shí)測量到擾動(dòng)的發(fā)生和空間分布后，經(jīng)信號(hào)處理設(shè)備200分析判斷，輸出控制策略信號(hào)給控制執(zhí)行設(shè)備300，由控制執(zhí)行設(shè)備300的作動(dòng)模塊320執(zhí)行控制動(dòng)作，對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定性調(diào)控。

例如，當(dāng)測量到通道周向不均勻性擾動(dòng)引發(fā)系統(tǒng)失穩(wěn)先兆時(shí)，作動(dòng)模塊320的進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉321可以作動(dòng)可調(diào)導(dǎo)葉的步進(jìn)電機(jī)，調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角度改變動(dòng)葉進(jìn)口預(yù)旋角，抑制擾動(dòng)周向發(fā)展。

當(dāng)測量到動(dòng)葉葉尖尖峰失速時(shí)，作動(dòng)模塊320的自循環(huán)抽吸-噴氣機(jī)構(gòu)322和微噴氣機(jī)構(gòu)323可通過閥門驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)節(jié)閥門開度進(jìn)而調(diào)節(jié)噴氣量大小、和/或機(jī)匣處理機(jī)構(gòu)324可通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊作動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，改變背腔的大小。

當(dāng)測量到葉根失速時(shí)，作動(dòng)模塊320的進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉321可以驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角度改變動(dòng)葉進(jìn)口預(yù)旋角，抑制葉根失速發(fā)展。

當(dāng)測量到角區(qū)失速時(shí)，作動(dòng)模塊320的進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉321可以驅(qū)動(dòng)作動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)導(dǎo)葉角度改變動(dòng)葉進(jìn)口預(yù)旋角，抑制葉根分離的發(fā)展。

圖4為本發(fā)明利用一實(shí)施例的壓氣機(jī)氣動(dòng)穩(wěn)定性診斷控制方法流程圖。包括步驟：

S1、測量設(shè)備實(shí)時(shí)測量壓氣機(jī)內(nèi)部不同位置的氣流壓力和速度脈動(dòng)，并將從不同位置獲得實(shí)時(shí)測量信號(hào)傳輸至信號(hào)處理設(shè)備。

S2、信號(hào)處理設(shè)備根據(jù)實(shí)時(shí)測量信號(hào)，判斷壓氣機(jī)運(yùn)行的失穩(wěn)先兆類型及空間分布，輸出控制策略信號(hào)給控制執(zhí)行設(shè)備。

其中，S2具體還包括：

S21-信號(hào)處理設(shè)備200的分析實(shí)時(shí)測量信號(hào)。即通過擾動(dòng)分析算法子模塊提取實(shí)時(shí)測量信號(hào)中的氣流的壓力或速度脈動(dòng)的特性參數(shù)，包括頻譜特性、相關(guān)特性或傳播特性。

S22診斷是否出現(xiàn)前失速先兆或失速先兆。即通過比較算法模塊，判斷提取的特性參數(shù)分析擾動(dòng)是否達(dá)到或超過閾值。如果尚未達(dá)到閾值，則不輸出任何信號(hào)。如果達(dá)到或超過閾值，即表明出現(xiàn)失穩(wěn)先兆，則進(jìn)入S23；

S23信號(hào)處理設(shè)備200確認(rèn)先兆類型和失穩(wěn)途徑，輸出控制策略給控制執(zhí)行設(shè)備。

S3、控制執(zhí)行設(shè)備根據(jù)接收到控制策略信號(hào)，執(zhí)行相應(yīng)的控制動(dòng)作，對(duì)壓氣機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定性調(diào)控。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。