Page 222 - 《振动工程学报》2025年第11期

2680 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

结 果 表 明， 随 着 转 速 从 500 r/min 逐 步 升 高 至 裂纹的识别准确率达到 100%，裂纹长度识别误差小
3000 r/min，正常叶片和含裂纹叶片的叶尖偏移量均 于 5.33%。
呈现急剧增大的趋势。例如，正常叶片叶尖偏移量 本文虽解决了低转速下动叶片裂纹的检出问
从 23.8 μm 增至 760.9 μm；而含裂纹叶片的增长更为 题，但实际工况下裂纹形态多样，且未考虑离心力等
显 著， 尤 其 是 叶 根 含 6 mm 裂 纹 的 叶 片 ， 偏 移 量 由 其他因素影响，同时裂纹定位和定量需依赖先验知
172.1 μm 激 增 至 1523.4 μm。 同 一 转 速 与 裂 纹 尺 寸 识，否则精准识别困难，后续研究将围绕上述问题进
下， 叶 根 处 的 叶 尖 偏 移 量 普 遍 大 于 叶 中 与 叶 尖 区 行深入探讨。
域。因为，叶根是叶片与轮盘的连接部位，不仅应力
集中效应更显著，且裂纹对该区域结构完整性的破 参考文献：
坏更强，直接导致叶片形变显著加剧。
将试验所测得的偏移量代入式（18）进行反演， [1] 段发阶，牛广越，刘昊，等. 旋转叶片叶尖定时测量技术
得到结果如表 6 所示。 研究综述 [J]. 计测技术，2025，45（1）：45-64.
DUAN Fajie，NIU Guangyue，LIU Hao，et al. A review of

表 6 反演结果对比 blade tip timing measurement technologies of rotating
Tab. 6 Comparison of inversion results blades[J]. Metrology & Measurement Technology， 2025，

转速/ 裂纹实际 45（1）：45-64.
裂纹位置 反演长度/mm 相对误差/%
（r·min ） 长度/mm [2] 张继旺，唐雨，丁克勤，等. 稀疏度自适应匹配追踪的欠
−1
500 叶尖 3 2.84 5.33 采样 BTT 信号重构方法 [J]. 振动与冲击，2023，42（20）：
1000 叶中 4.5 4.72 4.89 286-292.
1500 叶根 6 6.08 1.33 ZHANG Jiwang， TANG Yu， DING Keqin， et al. Recon-
2000 叶尖 3 3.15 5.00
struction of the blade tip-timing based on a modified sparsity
2500 叶中 4.5 4.36 3.11
adaptive matching pursuit algorithm[J]. Journal of Vibration
3000 叶根 6 6.28 4.67
and Shock，2023，42（20）：286-292.

[3] 王维民，刘延振，林昱隆，等. 基于叶片振动的航空发动
试验结果表明，基于理论模型反演裂纹长度与
机 喘 振 预 警 及 识 别 方法 [J]. 机 械 工 程 学 报 ， 2024，
实 际 值 的 相 对 误 差 稳 定在 1.33%~5.33%， 其 中 叶 根
60（21）：122-131.
6 mm 裂纹在 1500 r/min 工况下误差仅 1.33%。同时，
WANG Weimin，LIU Yanzhen，LIN Yulong，et al. Surge
该方法在 500~3000 r/min 转速区间及叶片多处裂纹
warning and identification method of aero-engine based on
位置下均保持着稳定精度，验证了模型对工况离散
blade vibration[J]. Journal of Mechanical Engineering，
性的鲁棒性。上述结果证明，所提识别方法可实现
2024，60（21）：122-131.
低转速下动叶片裂纹的监测和识别，为低转速叶片
[4] 胡明辉，刘少朋，王浩，等. 基于宽频振动的燃气轮机叶
裂纹的在线监测识别提供了可靠的技术支持。
片断裂故障识别特征与辨识方法 [J]. 航空学报，2024，

45（20）：230098.
5 结 论 HU Minghui，LIU Shaopeng，WANG Hao，et al. Charac-
terization and identification of gas turbine blade fracture faults
本文主要针对低转速下动叶片裂纹在线识别难 based on broadband vibration[J]. Acta Aeronautica et Astro-
题进行研究，取得主要成果如下： nautica Sinica，2024，45（20）：230098.
（1）构建了流固耦合条件下动叶片形变理论模 [5] CHUNG J P，YOO H H. Blade fault diagnosis using Maha-
型，揭示了不同转速下叶尖偏移量与裂纹位置、尺 lanobis distance[J]. Journal of Mechanical Science and Tech-
nology，2021，35（4）：1377-1385.
寸间的关系，叶尖偏移量随转速呈二次方增长，叶根
[6] DU TOIT R G， DIAMOND D H， HEYNS P S， et al. A
裂纹引发的偏移量增量显著高于叶中与叶尖裂纹，
stochastic hybrid blade tip timing approach for the identifica-
证实了裂纹位置对叶片刚度的非线性影响。
tion and classification of turbomachine blade damage[J].
（2）开展了低转速动叶片动力学有限元仿真分
Mechanical Systems and Signal Processing， 2019， 121：
析，仿真结果与理论分析值呈现一致性，验证了所构
389-411.
建理论模型的有效性。
[7] 张松林，乔百杰，王亚南，等. 基于非接触测量的高速转
（3）提出了基于叶尖定时的低转速动叶片裂纹 子叶片裂纹故障监测 [J/OL]. 航空动力学报，1-12[2025-10-
在线识别方法，搭建了测试试验平台并开展了 45 组 15]. https://doi.org/10.13224/j.cnki.jasp.20240726.
不同叶片缺陷状态的验证试验，3 mm 级及以上尺寸 ZHANG Songlin， QIAO Baijie， WANG Ya’nan， et al.