(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211079809.9 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 张晓杰　胡殿印　王荣桥　 (74)专利代理 机构 北京科迪生专利代理有限责 任公司 1 1251 专利代理师 关玲　邓治平 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06T 17/20(2006.01) G01H 17/00(2006.01) G06F 119/14(2020.01) G06F 119/12(2020.01)G06F 119/02(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于叶尖定时原理的叶片到达时间精确仿 真方法 (57)摘要 本发明提供一种基于叶尖定时原理的叶片 到达时间精确仿真方法， 包括如下步骤： (1)基于 传感器周向和轴向布局 信息， 建立叶尖定时传感 器模型； (2)基于有限元分析方法， 开展静力和模 态分析， 建立旋转叶片 模型； (3)对旋转叶片 模型 的叶尖有限元离散节点进行连续化处理； (4)基 于传感器和旋转叶片模型建立叶片到达时间模 型， 从轴向和周向判断传感器与叶片的位置关 系， 迭代求解叶片到达时间。 本发明通过模拟叶 尖定时测试系统的工作过程考虑了叶片运动过 程中轴向位置变化对仿真模型的影 响， 且结果不 依赖于有限元网格密度， 可以获得更加准确的 叶 片到达时间。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 115455767 A 2022.12.09 CN 115455767 A 1.一种基于 叶尖定时原理的叶片到达时间精确仿真方法， 其特征在于， 利用有限元法 模拟叶尖定时测试系统的工作过程， 分别构建叶尖定时传感器模型、 旋转叶片模型和叶片 到达时间模型； 对叶尖有限元离散节点进行多项式曲线拟合， 实现仿真模型 的网格密度无 关性处理； 从轴向和周向两个维度判断叶片与传感器的相对位置关系， 实现叶片到达时间 的精确求 解， 具体包括如下步骤： 步骤(1)、 基于传感器轴向和周向布局信息， 建立叶尖定时传感器模型； 步骤(2)、 基于有限元方法开展静力和模态分析， 建立旋转叶片模型， 利用叶片的初始 位置uori、 静变形usta、 振动位移uvib与旋转变化量表征不同时刻下旋转叶片的周向和轴向坐 标； 步骤(3)、 对步骤(2)中获得的不同时刻 下叶尖有限元节点的周向和轴向坐标进行多项 式曲线拟合， 实现旋转叶片模型的连续 化处理； 步骤(4)、 基于步骤(1)、 步骤(2)和步骤(3)中叶尖定时传感器模型与连续化处理的旋 转叶片模型确定不同时刻下传感器与叶尖曲线在轴向和周向的相对位置关系， 并据此建立 叶片到达时间模型， 满足传感器测量精度要求的时刻即为叶片到 达时间。 2.根据权利要求1所述的一种基于叶尖定时原理的叶片到达时间精确仿真方法， 其特 征在于， 所述步骤(1)中， 第n支传感器的周向坐标表示为 轴向坐标表示 为Pn(z)＝Sn+ΔPnz， 其中， ρ 为机匣半径， θn为传感器周向角度， 为周向安装误差， Sn为传 感器轴向坐标， ΔPnz为轴向安装误差 。 3.根据权利要求2所述的一种基于叶尖定时原理的叶片到达时间精确仿真方法， 其特 征在于， 所述步骤(2)中， 以叶片有限元网格的节点坐标、 静变形、 模态位移、 模态位移缩放 因子及转速为输入， 考虑旋转、 静变形和振动带来的坐标变化量， 建立旋转叶片模 型， t时刻 下叶片的周向坐标表示为 轴向坐标表示 为U(z,t)＝uori(z)+usta(z)+uvib(z,t)， 其中， uori为初始位置， usta为静变形， uvib为振动位 移， ρ 为机匣半径， Ω为转子转动角频率， mod为取余符号， 为t时刻下叶片的周向振 动位移， uvib(z,t)为t时刻下叶片的轴向振动位移。 4.根据权利要求3所述的一种基于叶尖定时原理的叶片到达时间精确仿真方法， 其特 征在于， 所述步骤(3)中， 将所述旋转叶片模型中叶尖截面的有限元离散节点等效为曲线， 对节点的轴向和周向坐标进行多项式曲线拟 合， 表示为 其中， 和Uz分别为叶尖节点的周向和轴向坐标， a0～an为多项式拟合参数， n为多项式阶 次。 5.根据权利要求4所述的一种基于叶尖定时原理的叶片到达时间精确仿真方法， 其特 征在于， 所述步骤(4)中， 利用叶尖定时传感器模 型和旋转叶片模型， 确定第n支传感器测得 的叶片到达时间上下界[t1,t2]及其中间时刻t3； 计算t3时刻下， 传感器与叶尖拟合曲线的 相对位置关系， 并据此修正叶片到达时间的上下界[t1,t2]； 迭代更新传感器和旋转叶片模 型 参数 ， 直 至两者的 位 置差 异满足 传感 器 周向 和轴向的 测量 精 度要求 ， 即 |Pnz‑Uz(t)|＜Tol(z)， 其中， 和Pnz为第n支传感器的周向和轴向坐权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455767 A 2标， 和Uz(t)分别为t 时刻下叶尖拟合 曲线的周向和轴向坐标， 和Tol(z)为传感 器的周向和轴向测量精度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455767 A 3