Мобильный цифровой спекл-интерферометр для исследования резонансных колебаний конструкций роторных систем

Ивченко А.В., Жужукин А.И., Сергеев Р.Н., Сафин А.И.

Ссылка для цитирования:

Ивченко А.В., Жужукин А.И., Сергеев Р.Н., Сафин А.И. Мобильный цифровой спекл-интерферометр для исследования резонансных колебаний конструкций роторных систем// Оптический журнал. 2025. Т. 92. № 5. С. 77–88. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-77-88

Ivchenko A.V., Zhuzhukin A.I., Sergeev R.N., Safin A.I. Mobile digital speckle pattern interferometer for studying the resonant vibration of the rotor systems structures [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2025. V. 92. № 5. P. 77–88. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2025-92-05-77-88

Ссылка на англоязычную версию:

Аннотация:

Предмет исследования. Процесс записи спекл-интерферограмм в оптической системе цифрового спекл-интерферометра, работающего в условиях внешних механических воздействий без виброизоляции. Цель работы. Разработка мобильного спекл-интерферометра с непрерывным лазерным излучателем и диффузно рассеивающим элементом для регистрации собственных форм колебаний рабочих колес газотурбинных двигателей. Метод. Для получения контрастных спекл-интерферограмм, записанных методом усреднения во времени при наличии случайных воздействий на спекл-интерферометр, использован разработанный алгоритм статистической обработки и накопления разностных изображений, формируемых на основе кадров видеопотока. Основные результаты. Экспериментально подтверждена возможность эксплуатации разработанного спекл-интерферометра без виброизоляции оптической системе. Исследована возможность применения полимерных клеящихся пленок в качестве диффузно рассеивающего покрытия на оптической поверхности диффузно рассеивающего элемента. Определена наилучшая прозрачность полимерной светорассеивающей пленки, обеспечивающая регистрацию контрастных спекл-интерферограмм. Изучено влияние широкополосных механических возмущений в виде белого и розового шумов на процесс регистрации интерференционных картин при наличии и отсутствии полимерного пленочного слоя на поверхности диффузно рассеивающего элемента. Установлено, что полимерное покрытие на поверхности диффузно рассеивающего элемента может быть использовано для снижения уровня его колебаний при ударных нагрузках. Практическая значимость. Полученные результаты найдут применение при создании мобильных цифровых спекл-интерферометров, вводимых в состав испытательной базы предприятий аэрокосмической промышленности.

Ключевые слова:

роторная система, колесо турбины, резонансные колебания, спекл-интерферометрия, регистрация, вибросмещение

Благодарность:

работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 23-29-10066. Работа является продолжением исследований, проводимых под руководством доктора технических наук, профессора Олега Анатольевича Журавлева в Самарском университете

Коды OCIS: 120.6160, 110.4280, 3000.33000

Список источников:

1. Иванов В.П. Колебания рабочих колес турбомашин. М.: Машиностроение, 1983. 224 c.
Ivanov V.P. Oscillations of turbomachines impellers [in Russian]. Moscow: "Mashinostroenie" Publ., 1983. 224 p.
2. Amoo L.M. On the design and structural analysis of jet engine fan blade structures // Prog. in Aerosp. Sci. 2013. V. 60. P. 1–11. http://dx.doi.org/10.1016/j.paerosci.2012.08.002
3. Еленевский Д.С., Журавлев О.А., Шапошников Ю.Н. и др. Применение методов голографической и спеклинтерферометрии для исследования вибрации и шума механических конструкций. Самара: изд. СГАУ, 2005. 193 с.
Elenewskiy D.S., Zhuravliov O.A., Shaposhnikov Yu.N., et al. Application of holographic and speckle interferometry methods for investigation of vibration and noise [in Russian]. Samara: Samara State Aerospace University Press, 2005. 193 p.
4. Федорченко Д.Г., Кочеров Е.П. Прочностная доводка и устранение основных дефектов ГТД. Самара: Издатель Исакова Т.С. (БИЮР), 2022. 431 с.
Fedorchenko D.G., Kocherov E.P. Strength development and elimination of the main defects of gas turbine engines [in Russian]. Samara: Isakova T.S. (BIYuR) Publ., 2022. 431 p.
5. Makaeva M.Kh., Karimov A.Kh., Tsareva A.M., et al. Experimental and theoretical investigations of vibration characteristics for GTE compressor blade (Engl. Transl.) // Russian Aeronautics. 2012. V. 55. № 1. P. 25–27. http://dx.doi.org/10.3103/S1068799812010059
6. Кириллов Н.И. Высокоразрешающие фотоматериалы для голографии и процессы их обработки. М.: Наука, 1979. 136 с.
Kirillov N.I. High-resolution photographic materials for holography and their processing [in Russian]. Moscow: "Nauka" Publ., 1979. 136 p.
7. Kumar R., Kumar Singh S., Shakher C. Wavelet filtering applied to time-average digital speckle pattern interferometry fringes // Opt. & Laser Technol. 2001. V. 33. P. 567–571. http://dx.doi.org/10.1016/S0030-3992(01)00065-2
8. Ostrovsky Y.I., Butusov M.M., Ostrovskaya G.V. Interferometry by holography. Berlin-Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, 2013. 329 p.
9. Jones R., Wykes C. Holographic and speckle interferometry. A discussion of the theory, practice and application of the techniques. Cambridge – New-York – Melbourn: Cambridge University Press, 1983. 353 р.
10. Франсон М. Оптика спеклов / Пер. с фр. под ред. Островского Ю.И. М.: Мир, 1980. 171 с.
Francon M. La granularite laser (spekle) et ses applications en optique [en français]. Paris etc., 1978.
11. Справочник по лазерам. Том 1 / под ред. Прохорова А.М. М.: Советское радио, 1978. 504 c.
Handbook of Lasers V. 1. [in Russian] / Ed. Prokhorov A.M. Moscow: "Sovetskoe Radio" Publ., 1978. 504 p.
12. Bystrov N.D., Zhuzhukin A.I. Speckle-interferometry in the investigation of large-size gas turbine engine structures vibration // Proc. Engineering. 2017. V. 176. P. 471–475. http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng. 2017.02.346
13. Shakhmatov E.V., Zhuravlev O.A., Sergeev R.N., et al. Development and application of mobile digital speckle interferometer for vibrometer model sample honeycomb // Proc. Engineering. 2015. V. 106. P. 247–252. http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2015.06.031
14. Ivchenko A.V., Zhuzhukin A.I. The system development for digital recording of speckle-interferograms of an oscillating object without vibration isolation // Proc. Intern. Conf. Dynamics and Vibroacoustics of
Machines, DVM 2020. Samara, Russia. September 16–18, 2020. P. 1–8. http://dx.doi.org/10.1109/DVM49764. 2020.9243896
15. Ивченко А.В., Сафин А.И. Исследование влияния широкополосных механических возмущений на качество записи интерферограмм колебаний рабочего колеса ГТД при использовании цифрового спеклинтерферометра панорамного типа // Вестник Самарского ун-та. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение. 2024. Т. 23. № 1. С. 160–176. http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2024-23-1-160-176
Ivchenko A.V., Safin A.I. Investigation of the influence of broadband mechanical disturbances on the quality of recording interference patterns of GTE-wheel oscillations using a digital speckle pattern interferometer [in Russian] // Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering. 2024. V. 23. № 1. P. 160–176. http://dx.doi.org/10.18287/2541-7533-2024-23-1-160-176.
16. Handbook of plastic films / Ed. Abdel-Bary E.M. Shrewsbury: Rapra, 2003. 404 p.
17. Beirow B., Figaschewsky F., Kühhorn A., et al. Vibration analysis of an axial turbine blisk with optimized intentional mistuning pattern // J. Sound and Vibration. 2019. V. 442. P. 11–27. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.10.064
18. Ландсберг Г.С. Оптика. 6-е изд. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 848 c.
Landsberg G.S. Optics. 6th ed. [in Russian]. Moscow: FIZMATLIT Publ., 2003. 848 p.
19. Watson R., Downey O. The little red book of acoustics: A practical guide. London: Unknown, 2013. 306 p.
20. Неразрушающий контроль: Справочник в 8 т. / Под общ. ред. Клюева В.В. Т. 7: В 2 кн. Кн. 1: Иванов В.И., Власов И.Э. Метод акустической эмиссии. Кн. 2: Балицкий Ф.Я., Барков А.В., Баркова Н.А. и др. Вибродиагностика. 2-е изд. М.: Машиностроение, 2006. 829 с.
Non-destructive testing: Handbook in 8 volumes [in Russian] / Under general. ed. Klyuev V.V. Moscow: ''Mashinostroenie'' Publ., 2006. 829 p.