Використання фрактального аналізу частотно-часових спектрів віброакустичних сигналів для діагностики газотурбінних двигунів

  • N. I. Bouraou Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського" http://orcid.org/0000-0001-6848-816X
  • S. R. Ignatovich Національний авіаційний університет
  • O. Ya. Pazdrii Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
Ключові слова: моніторинг технічного стану, газотурбінний двигун, тріщиноподібне пошкодження, віброакустичний сигнал, частотно-часовий аналіз, контурне зображення, фрактальний аналіз, фрактальна клітинна розмірність, розмірність Мінковського

Анотація

Статтю присвячено вдосконаленню методів обробки віброакустичних сигналів для діагностики початкових тріщиноподібних пошкоджень в лопатках авіаційних газотурбінних двигунів під час експлуатації. Представлено результати фізичного моделювання бездефектного імітатора робочого колеса та при появі початкового пошкодження в одній з лопаток на стаціонарному та нестаціонарних режимах вібраційного збурення. Наведено результати частотно-часового аналізу виміряних віброакустичних сигналів на основі псевдорозподілу Вігнера-Вілля. Для підвищення діагностичної цінності частотно-часових спектрів запропоновано використання фрактального аналізу, зокрема визначення фрактальної клітинної розмірності (розмірності Мінковського) контурних зображень, якими представлено частотно-часові спектри віброакустичних сигналів у разі відсутності та наявності пошкодження. Встановлено, що розмірність Мінковського, як діагностична ознака, більш чутлива до появи пошкодження у разі її визначення не для повних зображень, а для частин зображень у різних частотних смугах.

Біографії авторів

N. I. Bouraou, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Бурау Н. І., д.т.н., професор кафедри приладів систем орієнтації та навігації

S. R. Ignatovich, Національний авіаційний університет
Ігнатович С. Р., д.т.н., професор, завідувач кафедри конструкції літальних апаратів
O. Ya. Pazdrii, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"
Паздрій О. Я.

Посилання

Перелік посилань

Adams D. Health Monitoring of Structural Materials and Components. Methods with Applications. - John Wiley & Sons Ltd., 2007. - 475 p.

Nagarajaiah S. Structural monitoring and identification of civil infrastructure in the United States / S. Nagarajaiah, K. Erazo // Structural Monitoring and Maintenance. - 2016. - Vol. 3, No. 1. - P. 51–69.

Staszewski W. Health Monitoring of Aerospace Structures: Smart Sensor Technologies and Signal Processing / W. Staszewski, C. Boller, G. Tomlinson. - John Wiley & Sons Ltd., 2004. - 288 p.

Арсланов Р.В. Контроль параметров вибрации газотурбинных двигателей в реальном масштабе времени // Р.В. Асланов. - УФА : УГАТУ, 2011. - 158с.

Чигрин В.С. Віброакустика і вібродіагностика газотурбінних двигунів / В.С. Чигрин, С.І. Суховій. - Х. : Нац. аерокосм. ун-т ім. М.Є. Жуковського «ХАІ», 2012. - 264 с.

Бурау Н.І. Методи цифрової обробки сигналів для вібраційної діагностики авіаційних двигунів / Н.І. Бурау, Л.Л. Яцко, О.М. Павловський, Ю.В. Сопілка. - К. : НАУ, 2012. - 152 с.

Бурау Н.І. Нестаціонарні коливання нелінійних (кусково-лінійних) систем / Н.І. Бурау. - Кіровоград : ПОЛІМЕД-Сервіс, 2009. - 104 с.

Radkowski S. Use of vibroacoustical signal in detecting early stages of failures / S. Radkowski // Eksploatacja i niezawodnosc. - 2007. - No 3. - pp. 11-18.

Сопілка Ю.В. Використання частотно-часових перетворень Вігнера вищих порядків у задачах віброакустичної діагностики / Ю.В. Сопілка // Наукові вісті НТУУ «КПІ». - 2005. - №6. - С. 110-117.

Паньків Ю.В. Дослідження вібраційних процесів у відцентрових насосних агрегатах з метою контролю динаміки розвитку дефектів їх робочих коліс та міжступінчатих ущільнень / Ю.В. Паньків // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2013. - № 4(49). - С. 75-80.

Bouraou N. Vibroacoustical diagnosis of the crack-like damages of aircraft engine blades at the steady-state and non-steady-state modes / N. Bouraou, Iu. Sopilka // Vibrations in Physical Systems. - 2010. - Vol.24. - P. 69-74.

Сопілка Ю.В. Застосування біспектрального аналізу віброакустичних сигналів для діагностування тріщин в лопатках авіаційних двигунів / Ю.В. Сопілка // Наукові вісті НТУУ «КПІ». - 2015. - №6. - С.73-79.

Feder J. Fractals / J. Feder. - New York : Plenum Press, 1988. - 254 с.

Чумак О. В. Энтропии и фракталы в анализе данных / О.В. Чумак. - М. : НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, 2011. - 164 с.

Захаров В.С. Динамические и фрактальные характеристики временных рядов выделения сейсмической энергии / В.С. Захаров // Нелинейный мир. - 2010. - Т.8, №4. - С. 234-242.

Пащенко Р.Э. Локализация областей наблюдения на аэрокосмических изображенияхс использованием построчного вычисления фрактальных размерностей и их межстрочной обработкой / Р.Э. Пащенко, В.С. Куц, А.В. Шаповалов // Системи обробки інформації. - 2008. - Вип. 3 (70). - С. 114-119.

Исследование почвенных особенностей с помощью фрактальных методов обработки аэрокосмических изображений / В.К. Иванов, Р.Э. Пащенко, С.Е. Яцевич, Е.И. Яцевич, Л.А. Егорова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2013. - Т. 10, № 2. - С.98-104.

Ампилова Н.Б. Алгоритмы фрактального анализа изображений / Н.Б. Ампилова, И.П. Соловьев // Компьютерные инструменты в образовании. - 2012. - №2. - С.19-24.

Кононюк А. Е. Дискретно-непрерывная математика. Книга 6. Поверхности / А.Е. Кононюк. - К. : Освіта України, 2016. - 618 с.

References

Adams D.E. (2007) Health Monitoring of Structural Materials and Components. DOI: 10.1002/9780470511589

Nagarajaiah S. and Erazo K. (2016) Structural monitoring and identification of civil infrastructure in the United States. Structural Monitoring and Maintenance, Vol. 3, Iss. 1, pp. 51-69. DOI: 10.12989/smm.2016.3.1.051

Staszewski W., Boller C. and Tomlinson G. (2003) Health Monitoring of Aerospace Structures: Smart Sensor Technologies and Signal Processing. DOI: 10.1002/0470092866

Arslanov R.V. (2011) Kontrol' parametrov vibratsii gazoturbinnykh dvigatelei v real'nom masshtabe vremeni [Vibration parameters testing of the gas-turbine engines at the real time terms]. UFA, UGATU, 158 p.

Chyhryn V.S. and Sukhovii S.I. (2012) Vibroakustyka i vibrodiahnostyka hazoturbinnykh dvyhuniv [Vibroacoustics and vibrodiagnostics of gas-turbine engines]. Kharkiv, KhAI, 264 p.

Burau N.I., Yatsko L.L., Pavlovskyi O.M. and Sopilka Yu.V. (2012) Metody tsyfrovoi obrobky syhnaliv dlia vibratsiinoi diahnostyky aviatsiinykh dvyhuniv [Digital signal processing methods for the vibration diagnosis of aircraft engines], Kyiv, NAU, 152 p.

Burau N.I. (2009) Nestatsionarni kolyvannia neliniinykh (kuskovo-liniinykh) system [Non-stationary oscillations of non-linear (piece-wise linear) systems], Kirovohrad, POLIMED-Servis, 104 p.

Radkowski S. (2007) Use of vibroacoustical signal in detecting early stages of failures. Eksploatacja i niezawodnosc, No 3, pp. 11-18.

Sopilka Yu.V. (2005) Vykorystannia chastotno-chasovykh peretvoren Vihnera vyshchykh poriadkiv u zadachakh vibroakustychnoi diahnostyky [Use of higher order Wigner time-frequency transformation for vibroacoustical diagnosis problems]. Naukovi visti NTUU KPI, No 6, pp.110-117.

Pan’kiv Iu.V. (2013) Investigation of vibration processes in centrifugal pumping units in order to control the dynamics of the defects of their working wheels and intermediate seals. Rozvidka ta rozrobka naftovych I gazovych rodovysch, No 4(49), pp.75-80.

Bouraou N.I. and Sopilka Iu.V. (2010) Vibroacoustical diagnosis of the crack-like damages of aircraft engine blades at the steady-state and non-steady-state modes. Vibrations in Physical Systems, Vol.24, pp. 69-74.

Sopilka Yu.V. (2015) Application of bispectral analysis of vibroacoustic signals for diagnosis blades cracks in aircraft engines. Research Bulletin of the National Technical University of Ukraine "Kyiv Polytechnic Institute", Iss. 6, pp. 73-79. DOI: 10.20535/1810-0546.2015.6.56652

Feder J. (1988) Fractals. Plenum Press, New York, 254 р.

Chumak O. V. (2011) Entropii i fraktaly v analize dannykh [Entropies and fractals in data analysis]. Moskow-Izhevsk, 164 p.

Zakharov V.S. (2010) Dynamic and Fractal Characteristics of Time Series of Released Seismic Energy, Nelineinyi mir, Vol. 8, No 4, pp. 234-242.

Pashchenko R.E., Kuc V.S. and Shapovalov A.V. (2008) Localization regions of supervision on the aerospace images with the use of line calculation fractals dimension and their between line treatment, Systemy obrobky informatsii, Iss. 3 (70), pp. 114-119.

Ivanov V.K., Paschenko R.E., Yatsevich S.Ye., Yatsevich Ye. I. and Yegorova L.A. (2013) Study of soil characteristics using fractal methods of aerospace image processing. Sovremennye problemy distancionnogo zondirovaniia Zemli iz kosmosa, Vol. 10, No 2, pp. 98-104.

Ampilova N.B. and Solov'ev I.P. (2012) Algoritmy fraktal'nogo analiza izobrazhenii [Algorithms of fractal analysis of images]. Komp'yuternye instrumenty v obrazovanii, No 2, pp. 19-24.

Kononyuk A. E. (2016) Diskretno-nepreryvnaya matematika. Kniga 6. Poverkhnosti [Discrete-continuous mathematics. Volume 6. Surfaces]. Kiev, Osvita Ukrainy, 618 p.

Опубліковано
2018-09-30
Як цитувати
Номер
Розділ
Обчислювальні методи в радіоелектроніці