民用航空发动机振动监测方法的思考

鲁洋

【摘 要】随着国家经济和科技的进步，民用航空也得以进一步地发展，成为主要的交通运输方式，对主要构件发动机的维护也逐渐从定期检修向振动状态监测转变，很大程度上提高了结构故障检测的精确度，保证了飞行安全。本文从航空发动机震动检测的原理和特点出发，详细地分析了振动监测方法。

【关键词】民用航空；发动机；振动检测；方法

一、前言

现阶段，我国正在研究和发展航空发动机生产产业，以推进航空业的发展和系统运行的稳定，而发动机振动的发生不仅给研发工作带来了阻碍，也影响了飞行安全，不利于民用航空的发展。为此，深入剖析发动机振动监测方法具有重要的现实意义。

二、民用航空发动机振动监测原理和特点

民用航空指的是使用各类航空器进行非军事性质的一切航空活动，由政府部门、民航企业、民航机场三大部分组成。自七十年代以后，发展的速度逐渐加快，国际和国内的航线总数可以达到二百条以上，并仍在不断地增加。面对发展速度和数量的不断扩大，对发动机的要求也有所提高。据不完全统计，从2000年到2016年为止，民用航空发动机产量，整体市场从2000年的约14，000台发动机增长到2016年的近27，000台发动机，增幅超过92%。但随着发动机使用的频率不断增加，振动问题也逐渐显化，需要专业化的监测技术方法进行问题的判断和处理[1]。

目前，民用航空发动机振动监测使用的方法主要就是在发动机部件上安装发动机振动监控组件（Engine Vibration Monitoring Unit），简称EVMU，监测的原理是根据加装在发动机上的加速度检测仪表对振动的数值变化进行测试和记录。需注意地是发动机发生振动的位置，具有很强的激振力，也就是由回转、不平衡质量作为振动系统的振动源产生的周期性振动频率，需要将加速度检测仪表安装在接近振动源头的位置，像安装的节点、机匣的对接面等位置都是常暗星安装仪表的位置。简单来说，监测原理就是通过加速度计--电荷放大器--抗混滤波器--记录器--模数转换器--振动计算机的流程结构，实现对振动的监测。从监测的特点来看，处理的信号波段多、监测次数和连续性高、数据记录的历史对比以及监测系统的通用性强，都是民用航空发动机监测需要具备的性能。

三、航空发动机振动监测方法分析

民用航空发动机对航空运行安全的重要性无需赘言，振动作为影响发动机作业的关键问题，需要采用有效的监测方法对问题的发生进行控制，在实际应用振动监测方法时，需要从以下的几点出发。

1、发动机振动监控组件监测

安装发动机振动监测组件（EVMU）对振动进行检测是比较常见的方式，监测原理和步骤上都比较简单，实际监测的过程中，可以从三个方面入手，提高检测的效率和准确度。

（1）明确EVMU的主要功能

想要充分地发挥EVMU的振动监测功能，就需要发动机振动监测组件的功能有清楚地认识，以便对各项监测数据和工作程序形成正确地认知。从主要功能的角度来看，一是信号的接受和传输依靠加速度计完成。发电机振动监测组件中，加速度计是重要的组成部分，可以对振动信号进行收集和记录，并将获取的数据在转速信号驱动的作用下，形成中心频率的波形轨迹，传输给监测组件的中心系统，经过对速度信号的处理得出发动机振动的基本情况后，由ARINC429数据总线协议以脉冲形式发送给飞机系统。二是，信息自检功能。EVMU监测方法是在专业化的系统平台上运行，具有高度的信息自检性能，并且可以将检测的振动信息进行存储和提取，可以使用的信息检索工具主要是诸如相变存储（PCM）、磁阻式随机存储（MRAM）以及阻变式存储（RRAM）等非易失性存储技术。三是，地面状态检测。EVMU监测的最后一点功能就是对地面状态的检测，通过对以往记录的发动机振动信息参数数据，利用基于编程实现的配平计算软件得出精准的发动机配平数据，经由ARINC429总线把信息传输给飞机操作仓后或维修人员[2]。

（2）监测算法

振动检测组件监测的发动机相关数据信息，需要通过一系列的监测数值算法得出准确的数据信息，一般可以分成振动数值测量、处理、故障特征分析和状态识别是四种，相关的监测算法也是以这四点为主要的处理内容。其一，振动数值的测量。通常情况下，民用航空发动机振动测量地过程中，需要对不同的振动测点进行布置和测量，并对记录地数据进行总结和处理得出各个测点的加速度频率波谱，进而对发动机的整体运行情况形成清楚地认识，采用精确度较高的窗口函数算法，得出振动的数值。其二，振动数值的处理。利用相应的函数算法得出振动数值后，需要将信息数据整理成为对应的波形图示，并分别对垂直波形和加速度均方根与转速的关系加以分析，采取二次抛物曲线的计算方式，对振动的二级惯性力进行运算。其三，故障特征分析。经过上述的两个步骤，发动机振动的数据基本获取完成，在进行故障特征分析的过程中，可以结合民用航空发动机的规定振动总量，与收集和计算的数值进行比对，判断实际振动数值是否超出标准，借此判断故障发生的种类。其四，状态识别。这一监测内容是综合了振动信号计算结果和故障特征分析得出的数据，能在此基础上判断发动机的状态和故障趋势，主要是通过计算机算法实现。

2、发动机叶片受损监测

发动机作为飞机中推进系统的一个组成部分，是一种高度复杂和精密的热力机械，它的造价要远远的高于飞机中的其他部件，而叶片是组成发动机结构的关键，主要有扇叶、压气机叶片、高压涡轮叶片和低压涡轮叶片四种。飞机在长期地运行的过程中，叶片会出现不同程度的磨损，也会导致发动机振动的发生。通常情况下，叶片磨损的越严重，振动值也越高，在正常磨损范围内振动值一般在2.0以下。因叶片磨损与振动值存在正相关的关系，通过对叶片磨损程度的检测方法也可以达到发动机振动检测的目的。监测的过程中，需对叶片正常磨损的范围内的油门杆角度变化时的振动值进行监测，并根据时间和磨损程度对振动值的变化进行记录了，经数据对比得出振动值和处理方法。

除此之外，发动机振动监测是在完整的电子系统中运行，可以利用定位监测系统对运行的状况进行检测，及时的掌握发生振动故障的位置，快速的解决问题。为了有效的减少振动故障监测过程中的错误，可以运用双向的线路，提高安全性和强度。而且，可以在发动机的不同测点上增加监测装置，并设置开关，如果部分区域发生振动异常的情况，可以及时关闭开关，不对总的发动机线路造成影响同时，民用航空部门要对内部的监测工作进行整改，使不同的部门负责不敢不同的工作内容，并将责任下分到每个人。这样可以确保在检测过程中，能够迅速的找出振动异常所在，如需追究责任也会比较方便。责任制的使用可以更加有效的增强员工的责任感和使命感，促使员工工作的认真和主动，提高发动机振动监测工作的效率。

四、结语

总而言之，民用航空是社会经济发展和全球化的必然要求，极大地降低了空间的局限，发动机作为关键性的动力部件，对振动的监测工作至关重要，在实际的监测过程中，可以借鉴上文提到的幾种方法，促进航空运行的稳定安全发展。

【参考文献】

[1]陈果，冯国权，姜广义.航空发动机叶片-机匣碰摩故障的机匣振动加速度特征分析及验证[J].航空发动机，2016，40（01）：10-16+78.

[2]张群岩，刁学敏，李成刚等.航空发动机试飞振动监测结果的图解分析方法[J].硅谷，2015，26（20）：170-171.