航空发动机整机振动控制技术分析

罗文东 谭敏 冯勇钦

摘  要：高性能航空发动机在结构上的繁琐性导致其在高温度下，超高速转动动力学存在一定的稳定性问题，根据发动机结构存在的问题，基于测试的基础上提出航空发动机动力学振动控制技术设计分析。对于航空发动机来说，装配控制技术是核心，而测试技术是振动控制技术的一个思路。对此，该文先对航空发动机进行了一个简单的描述，进而分析整理了航空发动机故障诊断的国内外现状，从而分析了发动机在整机振动方面上故障，对此提出诊断的方法，这将对以后的工作发展奠定一定的理论基础。

关键词：概述  故障诊断  故障分析  诊断建议

中图分类号：V231.92;V263.6    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）06（a）-0079-02

1  航空发动机的描述

在航空工业中，发动机是飞机的心脏，可以说，一代发动机一代飞机。作为飞机的心脏，航空发动机在技术上是十分精细和准确的，内部构造更是极其复杂，这就导致在航空发动机在安装和拆卸的时候是十分困难和复杂的，不仅仅需要专门的人员，还需要人员具备高超的技术，当然所需的费用也相对高昂。在航空发动机服役的过程中，发动机组装的质量是决定发动机使用长短的重要因素。发动机的装配质量不过关也是导致发动机在工作中振动偏差过大的主要原因。所以，发动机在组装的过程中往往会有多道检验程序以防止装配质量不合格的发动机装在飞机上，造成飞行事故。即便如此，由于发动机的工作环境较为恶劣，振动仍然是发动机主要故障之一。

2  航空发动机整机振动故障诊断

2.1 国内航空发动机整机振动故障诊断技术的发展状况

在国内，由于具备测试条件的单位极其少，所以，在国内开展的关于航空发动机整机振动的研究也是凤毛麟角。因为较少研究，所以取得的成效也并不显著。在我国，出于一些外在因素的限制，我国从对航空发动机整机震动的研究发展到对影响振动的关键部件进行研究，这是一个相当重大的转变。发动机在使用的过程当中可能会发生碰撞，碰撞会严重影响发动机的性能，进而产生振动。因此，对于碰撞的研究极其重要。北京航空航天大学机械设计及自动化学院的王春洁和曾福明进行了此项研究，在研究的过程当中，2位学者首先建立了一个模型，这个模型建立在保持具有一定相关特点的基础之上，通过模型分析，得出了其中碰撞的原因，通过一步步的研究，解决了碰撞的问题，这是研究历史上的一个巨大成就。现如今，我国已经逐步在一些技术上逐渐取得进步，获得一些成效。其中，盲源分离法就已经取得了一些显著的成效，已经有许多的学者采用这种方法。比如，西北工业大学旋转机械与风能装置测控研究所的宋晓萍和廖明夫采用盲源分离法对振动的信号进行了分离，并作用算法进行了彻底分离。还有，西北工业大学电子信息学院的3位学者用盲源分离法对其发动机振动偏大的现象进行了分析，通过分析，再采用一定的技术分离了信号，这都为故障的诊断提供了一定的思路。此外，在振动诊断方面，中航工业航空发动机设计研究所做出了一定的贡献，首先构建了故障再现实验器，使其故障在发生之后能够进行故障原因的分析，通过分析一定的故障原因，在对故障器进行分析。在技术应用方面一定要采用先进的技术，这样，在分析解决的过程中逐渐规范完善的诊断系统被确立起来。还有许多的学者也对振动故障进行了研究，并做出了贡献。北京航空航天大学的洪杰、任泽刚还有中国民航大学的范作民、白洁等人，在故障诊断的研究过程当中，引入了先进的处理方法、先进的技术以及一些专家的应用较好的技术方法，这在发动机故障诊断技术研究的过程中都做出了贡献，为故障诊断提供了一定的思路。发动机制造技术逐渐成熟，科技也越来越发达，在故障诊断的研究过程当中，西北工业大学的张加圣等人开发了一个比较全面的软件，这个软件不仅仅能够进行状态的监控还能够进行计算以及处理等，其功能十分强大，大大提高了发动机诊断的效率。同一所大学的杨小东等人也对其进行了研究，他们从故障特点开始进行入手，通过分析故障的特征，发明了一个诊断排除的一个系统，这个系统功能完备，能够将故障的一些信息进行一个汇总，相当于一个机器人，可谓高效智能。

2.2 国外航空发动机整机振动故障诊断技术的发展状况

要想能够独立的生产发航空发动机，不仅仅是需要经济发展水平高、有过硬技术的技术人员，同时还需要强大的国家支撑，所以能够独立设计和生产发动机的国家是非常少的，只有美国、英国等几个国家。在航发设計和生产方面，国家层面将其作为机密，英美等国家都不轻易地将其技术泄露，甚至都不会出售。因此，搜索到的关于航空发动机震动方面的研究技术的文献也是比较少的。搜索到的一篇文献中谈到，在发动机在使用的过程当中，会出现不平衡振动的问题，所以Philip Bonello在设计的过程当中通过采取平衡的方法解决了这个问题，这种方法使用起来也是非常方便的。另外一文章提到，航空发动机在整机使用过程中会出现振动，针对这一问题，俄罗斯国家根据振动的图谱数据进行分析、研究，并通过做实验进行解决。

3  航空发动机整机振动出现故障的原因

3.1 转子不平衡

转子不平衡是导致故障的一个重要原因。其中，引发转子不平衡的原因不仅仅与材料、结构有关，还与制造、装配等有很大的关系。密度是物质的一种属性，所以引发转子不平衡的一个因素就是密度不均匀，在内部存在一定的空隙。其次，在结构上，会存在一定的误差和偏差，如质量不均等。装配上存在缺陷将会严重影响转子的不平衡，在装配的过程中会出现重心倾斜。此外受温度影响，也会引起转子不平衡现象，这些都会对发动机振动造成影响。

3.2 噪声

噪声是由发声体无规则振动时发出的声音。一般超过20000Hz的就是噪声。对于发动机来说，其产生噪声的根源是燃气流和风扇，在发动机运转的过程中，燃气流和风扇也在运动，其中风扇高速旋转，这时候就会产生噪声。其次，发动机也会产生排气噪声，这种噪声就是排出的气体与空气中的大气进行接触，产生连续的噪声。发动机由于振动产生的噪声，首先影响的是薄壁件的结构，持续的噪声，会使这些结构发生磨损，进而会导致损坏。

4  加强航空发动机诊断维修工作

4.1 构建系统硬件结构，为维修工作提供保障

首先，我们可以引进远程计算机系统。远程计算机系统不仅仅能够储存维修的一些指示语音和视频，还能够构建三维模型供技术人员进行查看，这样不仅仅能够使技术人员对发动机运转情况清楚掌握，还能够在一定程度上确保维修工作的顺利进行，由此可见，在航空发动机维修的过程中，引进远程计算机系统是当前发动机维修的趋势，也已经有良好的推广。

4.2 做好跟踪定位系统的应用

最初，我们就有跟踪定位系统，但是当时的跟踪系统并不用于发动机维修方面，而是应用在军事基地的监控上。由于飞机是在天空中飞行的，维修技术人员不能够进行全方位的跟踪，也就不能够做到有故障的部件得到及时地处理，更不能够做到有针对性地诊断和维修，这就导致诊断的效率大大降低，甚至可能会引发安全问题，所以，引入跟踪系统，能够更好地对航空发动机进行全方位的跟踪，确保发动机部件出现故障能够进行及时的维修，所以，在航空发动机维修的工作中进行跟踪定位系统的应用是十分重要的。

5  结语

航空发动机外部精细，内部复杂，最困难的就是安装和拆卸工作，在发动机使用的过程当中，我们要注意监测转子不平衡，以及噪声的问题，及时进行处理避免这些问题的发生，确保航空发动机能够有效安全地运行。

参考文献

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