航空發動機整機振動控制技術分析

羅文東 譚敏 馮勇欽

摘? 要：高性能航空發動機在結構上的繁瑣性導致其在高溫度下，超高速轉動動力學存在一定的穩定性問題，根據發動機結構存在的問題，基于測試的基礎上提出航空發動機動力學振動控制技術設計分析。對于航空發動機來說，裝配控制技術是核心，而測試技術是振動控制技術的一個思路。對此，該文先對航空發動機進行了一個簡單的描述，進而分析整理了航空發動機故障診斷的國內外現狀，從而分析了發動機在整機振動方面上故障，對此提出診斷的方法，這將對以后的工作發展奠定一定的理論基礎。

關鍵詞：概述? 故障診斷? 故障分析? 診斷建議

中圖分類號：V231.92;V263.6 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）06（a）-0079-02

1? 航空發動機的描述

在航空工業中，發動機是飛機的心臟，可以說，一代發動機一代飛機。作為飛機的心臟，航空發動機在技術上是十分精細和準確的，內部構造更是極其復雜，這就導致在航空發動機在安裝和拆卸的時候是十分困難和復雜的，不僅僅需要專門的人員，還需要人員具備高超的技術，當然所需的費用也相對高昂。在航空發動機服役的過程中，發動機組裝的質量是決定發動機使用長短的重要因素。發動機的裝配質量不過關也是導致發動機在工作中振動偏差過大的主要原因。所以，發動機在組裝的過程中往往會有多道檢驗程序以防止裝配質量不合格的發動機裝在飛機上，造成飛行事故。即便如此，由于發動機的工作環境較為惡劣，振動仍然是發動機主要故障之一。

2? 航空發動機整機振動故障診斷

2.1 國內航空發動機整機振動故障診斷技術的發展狀況

在國內，由于具備測試條件的單位極其少，所以，在國內開展的關于航空發動機整機振動的研究也是鳳毛麟角。因為較少研究，所以取得的成效也并不顯著。在我國，出于一些外在因素的限制，我國從對航空發動機整機震動的研究發展到對影響振動的關鍵部件進行研究，這是一個相當重大的轉變。發動機在使用的過程當中可能會發生碰撞，碰撞會嚴重影響發動機的性能，進而產生振動。因此，對于碰撞的研究極其重要。北京航空航天大學機械設計及自動化學院的王春潔和曾福明進行了此項研究，在研究的過程當中，2位學者首先建立了一個模型，這個模型建立在保持具有一定相關特點的基礎之上，通過模型分析，得出了其中碰撞的原因，通過一步步的研究，解決了碰撞的問題，這是研究歷史上的一個巨大成就?，F如今，我國已經逐步在一些技術上逐漸取得進步，獲得一些成效。其中，盲源分離法就已經取得了一些顯著的成效，已經有許多的學者采用這種方法。比如，西北工業大學旋轉機械與風能裝置測控研究所的宋曉萍和廖明夫采用盲源分離法對振動的信號進行了分離，并作用算法進行了徹底分離。還有，西北工業大學電子信息學院的3位學者用盲源分離法對其發動機振動偏大的現象進行了分析，通過分析，再采用一定的技術分離了信號，這都為故障的診斷提供了一定的思路。此外，在振動診斷方面，中航工業航空發動機設計研究所做出了一定的貢獻，首先構建了故障再現實驗器，使其故障在發生之后能夠進行故障原因的分析，通過分析一定的故障原因，在對故障器進行分析。在技術應用方面一定要采用先進的技術，這樣，在分析解決的過程中逐漸規范完善的診斷系統被確立起來。還有許多的學者也對振動故障進行了研究，并做出了貢獻。北京航空航天大學的洪杰、任澤剛還有中國民航大學的范作民、白潔等人，在故障診斷的研究過程當中，引入了先進的處理方法、先進的技術以及一些專家的應用較好的技術方法，這在發動機故障診斷技術研究的過程中都做出了貢獻，為故障診斷提供了一定的思路。發動機制造技術逐漸成熟，科技也越來越發達，在故障診斷的研究過程當中，西北工業大學的張加圣等人開發了一個比較全面的軟件，這個軟件不僅僅能夠進行狀態的監控還能夠進行計算以及處理等，其功能十分強大，大大提高了發動機診斷的效率。同一所大學的楊小東等人也對其進行了研究，他們從故障特點開始進行入手，通過分析故障的特征，發明了一個診斷排除的一個系統，這個系統功能完備，能夠將故障的一些信息進行一個匯總，相當于一個機器人，可謂高效智能。

2.2 國外航空發動機整機振動故障診斷技術的發展狀況

要想能夠獨立的生產發航空發動機，不僅僅是需要經濟發展水平高、有過硬技術的技術人員，同時還需要強大的國家支撐，所以能夠獨立設計和生產發動機的國家是非常少的，只有美國、英國等幾個國家。在航發設計和生產方面，國家層面將其作為機密，英美等國家都不輕易地將其技術泄露，甚至都不會出售。因此，搜索到的關于航空發動機震動方面的研究技術的文獻也是比較少的。搜索到的一篇文獻中談到，在發動機在使用的過程當中，會出現不平衡振動的問題，所以Philip Bonello在設計的過程當中通過采取平衡的方法解決了這個問題，這種方法使用起來也是非常方便的。另外一文章提到，航空發動機在整機使用過程中會出現振動，針對這一問題，俄羅斯國家根據振動的圖譜數據進行分析、研究，并通過做實驗進行解決。

3? 航空發動機整機振動出現故障的原因

3.1 轉子不平衡

轉子不平衡是導致故障的一個重要原因。其中，引發轉子不平衡的原因不僅僅與材料、結構有關，還與制造、裝配等有很大的關系。密度是物質的一種屬性，所以引發轉子不平衡的一個因素就是密度不均勻，在內部存在一定的空隙。其次，在結構上，會存在一定的誤差和偏差，如質量不均等。裝配上存在缺陷將會嚴重影響轉子的不平衡，在裝配的過程中會出現重心傾斜。此外受溫度影響，也會引起轉子不平衡現象，這些都會對發動機振動造成影響。

3.2 噪聲

噪聲是由發聲體無規則振動時發出的聲音。一般超過20000Hz的就是噪聲。對于發動機來說，其產生噪聲的根源是燃氣流和風扇，在發動機運轉的過程中，燃氣流和風扇也在運動，其中風扇高速旋轉，這時候就會產生噪聲。其次，發動機也會產生排氣噪聲，這種噪聲就是排出的氣體與空氣中的大氣進行接觸，產生連續的噪聲。發動機由于振動產生的噪聲，首先影響的是薄壁件的結構，持續的噪聲，會使這些結構發生磨損，進而會導致損壞。

4? 加強航空發動機診斷維修工作

4.1 構建系統硬件結構，為維修工作提供保障

首先，我們可以引進遠程計算機系統。遠程計算機系統不僅僅能夠儲存維修的一些指示語音和視頻，還能夠構建三維模型供技術人員進行查看，這樣不僅僅能夠使技術人員對發動機運轉情況清楚掌握，還能夠在一定程度上確保維修工作的順利進行，由此可見，在航空發動機維修的過程中，引進遠程計算機系統是當前發動機維修的趨勢，也已經有良好的推廣。

4.2 做好跟蹤定位系統的應用

最初，我們就有跟蹤定位系統，但是當時的跟蹤系統并不用于發動機維修方面，而是應用在軍事基地的監控上。由于飛機是在天空中飛行的，維修技術人員不能夠進行全方位的跟蹤，也就不能夠做到有故障的部件得到及時地處理，更不能夠做到有針對性地診斷和維修，這就導致診斷的效率大大降低，甚至可能會引發安全問題，所以，引入跟蹤系統，能夠更好地對航空發動機進行全方位的跟蹤，確保發動機部件出現故障能夠進行及時的維修，所以，在航空發動機維修的工作中進行跟蹤定位系統的應用是十分重要的。

5? 結語

航空發動機外部精細，內部復雜，最困難的就是安裝和拆卸工作，在發動機使用的過程當中，我們要注意監測轉子不平衡，以及噪聲的問題，及時進行處理避免這些問題的發生，確保航空發動機能夠有效安全地運行。

參考文獻

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