李讓

中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司 湖南株洲 412002

1 航空發(fā)動機(jī)整機(jī)振動故障機(jī)理

航空發(fā)動機(jī)各種激勵(lì)振動影響發(fā)動機(jī)整機(jī)振動，由于發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安全性能要求更高。信號是信息的載體，需要轉(zhuǎn)化為傳輸媒質(zhì)能接受的信號形式，振動信號分為連續(xù)信號與離散信號，振動是動態(tài)量，航空發(fā)動機(jī)是復(fù)雜的機(jī)械裝置，其振動信號形式非簡諧振動。

航空發(fā)動機(jī)振動分析不能脫離高低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻，通過對振動信號進(jìn)行傅里葉變換，能將復(fù)雜振動信號頻率分量幅值進(jìn)行簡單處理。頻譜分析為故障診斷的基本工具，人們可以采用小波分析法進(jìn)行頻譜分析，確切地診斷故障類型。不同故障對應(yīng)的頻率特征不同，多種故障頻率具有很強(qiáng)的相似性。將振動信號對時(shí)間求導(dǎo)能得到振動速度與加速度。振動位移與加速度信號頻率相同，振動速度幅值為位移和頻率平方乘積。振動速度相位滯后振動加速度相位90°，運(yùn)用性質(zhì)不同的振動信號診斷故障，故障相同時(shí)表現(xiàn)出不同特征。

故障診斷建立在深入的特征提取基礎(chǔ)上，通過檢測得到機(jī)械運(yùn)行信號，包含系統(tǒng)狀態(tài)信息。人們需要采用多種手段對信號進(jìn)行處理，選擇對工況狀態(tài)敏感的特征參量進(jìn)行發(fā)動機(jī)設(shè)備故障診斷，判斷特征分析結(jié)果是否可靠，特征分析方法包括信息處理技術(shù)手段，如數(shù)字信號處理、圖像識別等。信號時(shí)頻域思路是設(shè)計(jì)時(shí)間與頻率的聯(lián)合函數(shù)，頻域分析方法提供時(shí)間頻域率聯(lián)合分布信息。振動在發(fā)動機(jī)故障中占很大比重，振動反映設(shè)備監(jiān)控狀況，發(fā)動機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械正常運(yùn)行使振動值較小，振動值變大說明設(shè)備出現(xiàn)故障[1]。

2 航空發(fā)動機(jī)整機(jī)振動的原因分析

2.1 轉(zhuǎn)子不平衡

在航空發(fā)動機(jī)中轉(zhuǎn)子不平衡是造成故障十分重要的原因，在這之中導(dǎo)致轉(zhuǎn)子不平衡的原因不僅僅同結(jié)構(gòu)和材料之間密切相關(guān)，也同制造以及轉(zhuǎn)配有著一定的影響。密度作為物質(zhì)的屬性，因此就會造成轉(zhuǎn)子不平衡因?yàn)闉槊芏炔痪鶆?，在其?nèi)部存在著較大空隙。同時(shí)其在結(jié)構(gòu)上也會存在著較大的誤差以及偏差，比如所指令不均等的問題，裝配上有著缺陷問題就會嚴(yán)重影響到轉(zhuǎn)子不均衡，在進(jìn)行裝配中會有中心傾斜問題，并且因?yàn)闇囟鹊挠绊懀矔?dǎo)致轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡問題，進(jìn)而對發(fā)動機(jī)振動產(chǎn)生一定的影響。

2.2 噪聲

噪聲主要是通過發(fā)聲體無規(guī)則振動過程中出現(xiàn)聲音，通常對噪聲的定義是高于20000Hz，并且對發(fā)動機(jī)而言，出現(xiàn)噪聲的根本原因?yàn)轱L(fēng)扇以及燃?xì)饬鳎l(fā)動機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，燃?xì)饬骱惋L(fēng)扇也處于運(yùn)動中。在這之中風(fēng)扇進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)，就會出現(xiàn)一定的噪聲。發(fā)動機(jī)在實(shí)際工作中也會出現(xiàn)排氣噪聲，就是同排出的氣體同空氣之中大氣接觸，出現(xiàn)了連續(xù)噪聲。發(fā)動機(jī)因?yàn)檎駝映霈F(xiàn)噪聲。最受影響的是波比件結(jié)構(gòu)，連續(xù)出現(xiàn)的噪聲機(jī)會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)磨損，出現(xiàn)損壞的問題[2]。

3 加強(qiáng)航空發(fā)動機(jī)診斷維修工作

3.1 表層簡易診斷方法

該方法主要是針對一些比較輕的發(fā)動機(jī)故障類型，指的是在航空發(fā)動機(jī)運(yùn)行中，對于發(fā)動機(jī)做好簡單的診斷以及判斷，可以幫助飛行員精準(zhǔn)掌控飛行器的實(shí)際運(yùn)行情況，再出現(xiàn)一些個(gè)別情況時(shí)可以較快發(fā)現(xiàn)問題。診斷通常是檢測發(fā)動機(jī)之中一個(gè)特定的零部件，檢驗(yàn)特征參數(shù)是否正常，飛行狀態(tài)的情況，一旦測量結(jié)構(gòu)在其制定的參數(shù)范圍中，那么發(fā)動機(jī)系統(tǒng)測定就是正常運(yùn)行，一旦發(fā)動機(jī)連續(xù)在進(jìn)行簡易的表層測定以及定時(shí)監(jiān)測時(shí)，那么就可以較為輕松得到發(fā)動機(jī)運(yùn)營趨勢的規(guī)律，因此數(shù)據(jù)就可以作出相關(guān)的故障預(yù)測，在必要時(shí)可以做好語音預(yù)報(bào)。從總體上來說，簡易診斷方法的優(yōu)勢為儀器簡單，操作便捷，對監(jiān)測員的技術(shù)要求總體不高，作為一種初步檢測方法。

3.2 發(fā)動機(jī)模型故障診斷方法分析

發(fā)動機(jī)在建造組裝前會應(yīng)用模型來做好性能測試工作，除了多個(gè)大小不同外，在結(jié)構(gòu)、性能、零件組裝以及工作原理上都一致。所以應(yīng)用發(fā)動機(jī)模型做好故障的診斷排查，可以比較快找到問題的根源，可以直接對實(shí)體發(fā)動機(jī)進(jìn)行維修。并且此種診斷方法也被稱之為理論知識診斷法，此種方法對表層簡易診斷法來說較為精準(zhǔn)，有著較強(qiáng)深度，不僅可以解決理論知識層面的情況，也會解決實(shí)踐操作的問題，所以此種在實(shí)際中得到了深入的研究和探索。

發(fā)動機(jī)模型故障診斷方法的優(yōu)勢為可以從模型的實(shí)際運(yùn)行情況來感知實(shí)體發(fā)動機(jī)在以后使用中出現(xiàn)的相關(guān)問題，不要求較多的經(jīng)驗(yàn)和案例。但是該方法也有著一定的兩面性，其中存在的不足為模型系統(tǒng)仿真效能較為復(fù)雜以及龐大，診斷速度同診斷法之間比較總體較慢，因此要求診斷精度比較高，那么在診斷過程中會存在著一定問題。所以，發(fā)動機(jī)故障診斷法也是目前研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

3.3 基于小波的發(fā)動機(jī)整機(jī)振動故障診斷

采用加速度傳感器對渦扇發(fā)動機(jī)各部位進(jìn)行振動信號采集，測點(diǎn)選擇必須代表發(fā)動機(jī)整體振動狀態(tài)。頻域和時(shí)域構(gòu)成觀察信號方式，信號頻域表示信號在頻域的特征，F(xiàn)FT 是整體比變換，功率不能顯示某種頻率分量出現(xiàn)變化，大部分信號非平穩(wěn)，信號在時(shí)域的全局特性不夠，小波是有效的時(shí)域分析方法。小波包變換需要根據(jù)振動信號特點(diǎn)選取小波基，選擇不同小波基對信號處理，得到的結(jié)果存在很大差別。常見小波基函數(shù)不能應(yīng)用振動信號分析處理。選擇支集長度在5-9 內(nèi)的小波，支集過長會產(chǎn)生邊界問題，過短不利于信號能量集中[3]。

4 結(jié)語

航空發(fā)動機(jī)具有著外部美觀精細(xì)化，內(nèi)部較為復(fù)雜，存在最大的問題為安裝以及拆卸等工作，在發(fā)動機(jī)應(yīng)用過程中，必須注意到監(jiān)測轉(zhuǎn)子不平衡和出現(xiàn)噪聲情況，第一時(shí)間處理相關(guān)問題，保證航空發(fā)動機(jī)可以安全、科學(xué)運(yùn)行。