затор сработал, после чего режим работы двигателя был немед­ ленно изменен.

На рис. 5.14 приведена осциллограмма, иллюстрирующая ра­ боту сигнализатора ЦИКЛ в полете.

Реле сигнализатора, включающее лампочку в кабине летчика, одновременно автоматически включало регистрирующую аппара­ туру и выключало ее через определенное время после выключе­ ния лампочки, если летчик не подтверждал включение вручную. Автоматическое включение регистрирующей аппаратуры с помо­ щью сигнализатора исключало возможность пропуска режимов флаттера в полете. Кроме того оно обеспечивало безопасность летных испытаний, поскольку позволяло летчику при появлении сигнала немедленно изменять режим работы двигателя для ухода из опасной зоны, не заботясь о включении регистрирующей аппа­ ратуры.

Сопоставление амплитуд колебаний Атах, измеренных датчи­ ками Д П2—Дш и Дпз-Дш (см. рис. 5.4), с амплитудами взаимных перемещений Вшах соседних лопаток (датчик ДП2 по отношению к датчику Дпз) подтвердило, что максимальные амплитуды взаим­ ных перемещений близки к максимальным амплитудам колеба­ ний. Поэтому пара датчиков (ДП2—Дпз) также была выставлена на заданный уровень напряжений в лопатках (70 МПа) и исполь­ зовалась для сигнализации в полете. Исследования подтвердили, что измерение взаимных колебаний дает надежные результаты, и поэтому в ряде случаев при работе с сигнализаторами ЦИКЛ можно отказаться от установки корневого датчика.

5.3.3. Измерение амплитуды колебаний лопаток

Прибор ЭЛУРА позволяет выполнять одновременное измере­ ние амплитуд колебаний всех лопаток вращающегося колеса тур­ бомашины. Измерение амплитуд представляет интерес как само по себе, так и в связи с измерениями параметров, например час­ тоты колебаний лопаток, где также используется измерение амп­ литуд.

Вкачестве характерного примера рассмотрим типичную кар­ тину, фиксируемую при развитии флаттера лопаток компрессора.

Впроводившихся ранее исследованиях автоколебаний при по­ мощи тензометрирования значительного числа лопаток венца бы­ ло замечено, что в одинаковых условиях соотношение напряже­ ний при неоднократных подходах к зоне автоколебаний остается неизменным. Выполнение с помощью прибора ЭЛУРА измерения амплитуд всех лопаток венца одновременно подтвердило этот результат для уже развившихся автоколебаний с достаточно

большой амплитудой.

Полученные в экспериментах данные по амплитудам автоколе­ баний всех лопаток венца позволяют с помощью методов матема­ тической статистики количественно оценить степень постоянства

коэффициентов корреляции, близок к известному из практики кри­ терию а>50 МПа (для стали), основаяному на требовании, что­ бы флаттер был чисто гармоническим. В результате можно заклю­ чить, что формирование колебаний венца заканчивается одновре-

Рис. 5.17. Зависимость относительной дисперсии амплитуд

D' от средней амплитуды флаттера лопаточного венца (разные значки соответствуют различным условиям работы ступени)

менно с установлением чисто гармонического движения лопаток. Более глубокие исследования показали, что чисто гармонический флаттер устанавливается после окончания процесса синхрониза­ ции лопаток, происходящего в условиях значительного фона слу­ чайных возмущений [48].

Из того факта, что, начиная с некоторой амплитуды, коэффи­ циент корреляции гм близок к 1, следует, что дисперсия D' долж­ на изменяться примерно пропорционально Л2ср. Это подтвержда­ ется графиком, приведенным на рис. 5.17: при достаточно боль­ ших Лср относительная дисперсия

остается постоянной, по крайней мере, до Лср= 4 мм (в исследо­ ванном случае). Это дает право утверждать, что связи между ло­ патками (интерференция), осуществляющие обмен энергией меж­ ду ними, являются линейными функциями амплитуд, по крайней мере, в исследованном диапазоне Л^ 6 ,5 мм, что составляет 7% от шага решетки лопаток в периферийном сечении. Так как в процессе флаттера лопатки движутся в разных фазах, мгновенный шаг решетки изменяется. Максимальное изменение шага наблю-

дается при движении соседних лопаток со сдвигом фазы ±л. По­ скольку, как будет показано ниже, фазы лопаток при автоколе­ баниях могут быть практически любыми, фактически линейность связей наблюдается до амплитуд, превышающих указанные зна­ чения.

Сравнение распределений амплитуд, полученных в различных

тического исследования форм возбуждения флаттера рабочих ко­ лес осевых компрессоров изложены в разд. 6.1.

Измерение амплитуд флаттера всех лопаток венца одновремен­ но показало, что, как правило, амплитуды различаются не менее чем в 1,5 раза, а часто их разброс Атйх/Ат[п достигает 5. На неко­ торых одноступенчатых компрессорах разброс амплитуд достигал даже 8—10 раз (см. рис. 5.10). Следует заметить, что последние величины характерны для случаев возбуждения группы лопаток, когда амплитуда остальных лопаток не превышает фона. Хотя в этом случае понятие «разброса» амплитуд при флаттере носит ус­ ловный характер, эта величина показывает, насколько опасно ве­ сти эксперименты по определению границ флаттера, если контро­ лируется вибронапряженность лишь малой части лопаток венца, что часто бывает, когда используется их тензометрирование.

Несмотря на -столь значительный разброс, амплитуды соседних лопаток в подавляющем большинстве случаев отличались относи­ тельно мало, что является следствием связанности колебаний. Отсюда можно сделать важный практический вывод: при исследо­ вании автоколебаний с помощью тензометрирования ограничен­ ного числа лопаток необходимо распределять тензодатчики рав­ номерно по окружности колеса, поскольку при этом повышается вероятность фиксирования напряжений, близких к максималь­ ным.

5.3.4. Измерение частоты колебаний лопаток

Как указывалось в разд. 2.3, измерение частоты дискретно-фа­ зовым методом может быть осуществлено путем одновременного измерения амплитуды А перемещений концов лопаток и амплиту­ ды W=odA скорости их колебаний.

Поскольку измерение амплитуды скорости по существу состоит в измерении максимального перемещения | А у | ш а х конца лопатки за время прохождения ею базы датчиков L, которое много мень­ ше амплитудного значения Л, при малых амплитудах измеряемая величина |Дг/|тах становится близкой к порогу чувствительности прибора. Поэтому измерение амплитуды скорости может быть обеспечено лишь при достаточно интенсивных колебаниях. Обыч­ но при амплитудах перемещений меньше 1 мм и окружных ско­ ростях больше 150 м/с удовлетворительное измерение амплитуды скорости колебаний лопаток средних размеров по их основному

фона. Другой из приведенных снимков амплитуд скоростей W ко­ лебаний лопаток (см. рис. 5.18, а) можно считать очень хорошим, однако ясно, что исследования при столь высоком уровне напря­ жении СГтах^ 400 МПа (для стали) могут производиться лишь в порядке исключения.

В качестве средства повышения точности оценки частоты ко­ лебаний можно использовать осреднение данных, полученных на нескольких лопатках с одной пары кадров (А и W). Возможность такого осреднения основывается на том, что при флаттере (и при разлитых колебаниях других типов) частоты колебаний всех ло­ паток одинаковы.

Естественно, что наибольшей точности можно ожидать при ис­ пользовании данных по лопаткам с наибольшим уровнем напряже­ ний. Выбор лопаток для осреднения значений частоты можно не­ сколько упростить, если воспользоваться следующими соображе­ ниями. Рассмотрим выражение (5.6) для определения частоты ко­ лебаний лопаток. При малом уровне напряжений, когда истин­ ная амплитуда скорости колебаний некоторых лопаток W{ не пре­ вышает уровня фона \17ф=const, для этих лопаток формально вычисленное значение частоты f* будет иметь вид

причем зависимость fi(A) будет гиперболической. При условии когда значения амплитуды скорости колебаний являют­ ся информативными, частота /i не должна зависеть от амплитуды,

т. е. f i ( A ) = const. Второй перелом зависимости fi(A) и служит границей для отбора точек, учитываемых при определении частоты (рис. 5.19). Первый перелом границы отделяет область столь ма­ лых амплитуд колебаний лопаток, когда даже собственно амп­ литуды не превышают фона.

Неизбежные ошибки измерений амплитуд колебаний, и в осо­ бенности амплитуд скоростей колебаний, приводят к искажению указанной на рис. 5.19 «идеальной» кривой. Так как при расшиф­ ровке обычно малой величине W{\} приписывается одинаковое зна­ чение, разброс экспериментальных точек в гиперболической обла­ сти кривой определяется только погрешностями в измерении амп­ литуд перемещений. Поскольку даже при малом уровне колеба­ ний точность измерений амплитуд перемещений выше, нежели амплитуд скоростей колебаний, разброс точек в гиперболической части кривой часто оказывается меньше, чем в информативной областя. Типичная картина разброса, -экспериментальных точек указана на рис. 5.19 (заштрихованная площадь).

На рис; 5.20 приведены результаты измерений частоты автоко­ лебаний лопаток компрессора № 2 (см. табл. 5.1), основанные на обработке снимков с экрана прибора ЭЛУРА, показанных на рис. 5.18, а. Видно, что большая часть данных имеет низкую точность, поскольку получена при малом уровне колебаний А = 1,5. ..2,0 мм;

откуда видно, что влияние ошибок измерений особенно велико,

ботке данных у достаточно большого числа пар соседних лопаток

Рис. 5.23. Результаты измерении фаз колебании лопаток при флат­ тере (компрессор № 3)

а—одновременные снимки с экранов приборов ЭЛУРА, амплитуды Л переме­ щении и амплитуды В взаимных перемещении лопаток; б—результаты обра­

ботки снимков

На рис. 5.23 приведены данные измерений, зафиксированные при флаттере рабочего колеса с пилообразным распределением частот собственных колебаний лопаток. Обращает на себя внима­ ние близкое к пилообразному распределение фаз колебаний при плавном распределении амплитуд.

На рис. 5.24 показаны результаты двукратных измерений фаз на одном и том же режиме работы ступени. Видно, что в боль­ шинстве случаев обеспечивается хорошая стабильность измере­ ния фазы.

Рис. 5.24. Результаты измерений фаз колебаний ло­ паток при флаттере (компрессор № 1)

Рис. 5.25. Относительная час­ тота появления различных зна­ чений сдвига фаз между коле­ баниями соседних лопаток при флаттере (100%—148 лопаток)