基于Minitab的风扇剩余不平衡量与低压振动关系的可靠性分析方法

2021-09-05李思宇王娟尚佳宁李保文李亚楠张浩

航空维修与工程 2021年5期

李思宇王娟尚佳宁李保文李亚楠张浩

摘要：在航空发动机结构故障中，整机振动问题是长期制约发动机发展的关键故障之一[1]，振动问题频发且排振方法不明确是目前航空发动机研制、试验及使用中急需解决的重要技术难点。根据某型航空发动机装配平衡数据，利用Minitab的数据可靠性分析方法对风扇剩余不平衡量与低压振动关系进行探究。分析表明：某型航空发动机装配平衡后若风扇剩余不平衡量小于84.42，则该台发动机有95%的可能性低压振动良好。该研究结果为同类航空发动机风扇平衡标准的确定提供了一定的数据参考。

关键词：航空发动机；低压振动；风扇不平衡量；Minitab；可靠性分析

Keywords：aero-engine；low pressure vibration；fan residual unbalance；Minitab；reliability analysis

0 引言

某型航空发动机在研究试验过程中低压振动大的现象频发，其中影响低压振动的主要因素有同心度指标、转子不平衡量、支撑刚性以及转静子碰磨。针对主要影响因素，在风扇装配平衡过程中给出的工艺改进措施包括：增加风扇鼓筒跳动测量与控制，进一步降低鼓筒的初始不平衡量；多功能轴端面着色检查，保证多功能轴与风扇后轴的端面贴合度；优化多功能轴与风扇鼓筒位置，增加平衡状态多功能轴跳动测量，同时考虑组合状态的平衡量与跳动；分步控制转子组合件的不平衡量，分为带二级叶片状态和转子组合件状态，保证不平衡量分布更均匀。

应用以上4种改进措施后，发动机低压振动问题得到了一定改善，但缺少指导性、具体性的解决方案。本文基于Minitab软件的可靠性分析方法，对风扇装配平衡中剩余不平衡量进行整理解析，为航空发动机低压振动问题的控制提供数据参考。

1 失效数据的可靠性模型选择

在可靠性工程研究中，失效数据的分布类型较多，典型类型包括正态分布、威布尔（Weibull）分布、指数分布及最小极值分布等[2]。对于一组未知分布规律的失效数据，Minitab软件可靠性工具将失效数据概率与失效时间以曲线形式表示出来，并对曲线的斜率、拐点、凹凸性等特征进行分析，预估出失效数据的拟合曲线模型，之后通过参数估计及假设检验对模型准确性进行判断，其过程如图1所示。

以某型航空发动机装配平衡后风扇剩余不平衡量数据为例，如表1所示，共22组数据，参照图1所示的可靠性模型选择方法，利用Minitab软件可靠性工具选择备选失效模型，对数据进行拟合，得到的数据分布ID情况如图2所示，数据与拟合曲线的AD统计量如表2所示。

AD（Anderson—Darling）统计量是数据分布曲线中各个图点与理论拟合曲线的加权平方距离[3]，是对拟合程度度量的重要参考因素。根据AD统计量含义，此值越小，说明失效数据与理论拟合曲线的拟合优度越高[4]，故由表2数据可知，某型航空发动机装配平衡后风扇剩余不平衡量数据的最佳失效模型是三参数威布尔分布。