航空发动机整机振动典型故障分析

闵广鹤

[摘 要]本文主要针对航空发动机整机振动展开分析，思考了航空发动机整机振动的情况，明确了如何针对航空发动机整机振动的典型故障进行分析和应对，提出了具体的措施，可供参考。

[关键词]航空发动机，整机，振动，典型故障

中图分类号：V263.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0249-01

前言

在航空发动机整机振动的故障面前，我们要更加清楚故障为何会出现，针对故障的根源，采取更好的故障解决措施，才能够确保航空发动机整机振动典型故障得到控制。

1、航空发电机概述

航空发动机是非常复杂的大型系统，其不仅技术十分密集，内部结构也非常复杂，不论是拆装还是维修都非常的困难，并且需要昂贵的拆装和维修费用。但是，在航空发动机使用的过程中，装配和维修的质量又会对航空发动机的性能和使用寿命造成直接影响，因此，技术人员一定要对航空发动机的维修引起足够重视。当前，在航空发动机维修的过程中，其主要是依靠翻阅维修手册来进行维修，多数技术人员都是边看边维修，这种维修方法，不仅效率低下，并且非常容易出现维修问题。因此，为了能够有效解决该方面问题，就需要对航空发动机的维修方法进行改进，设法进一步提升其维修效率。

2、航空发动机整机振动典型故障分析

2.1 转子不平衡

（1）引起转子不平衡原因

材料缺陷：密度不均、空隙、疏松等；结构缺陷：如存在键、开口销、孔造成的质量不对称；公差选择不当造成的偏差；制造缺陷（如空心零件壁厚差，加工过程中热变形尺寸差）；装配缺陷：不同心或偏斜、热配合的温度变形，键配合造成的偏差，螺栓拧紧力不均；已平衡好的转子重新分解装配时，转子常常有相当大的实际剩余不平衡量。

（2）不平衡量引起的振动特征

剩余不平衡量对发动机振动来说，主要引起同步进动，即1×n频率分量。当转子-机匣系统的刚性要半径方向不相同时，则轨迹是一个椭圆或其它封闭曲线，因此可以在垂直或水平方向测得这一频率为1×n的振动。

当转子在不同直径方向刚性不均匀时，转子不平衡还可以激起二阶谐波及高阶谐波（2×n，3×n等等频率分量），阶次越高，该频率分量的振动也越弱。

2.2 声源

（1）声学振动与振荡燃烧

振荡燃烧为燃烧过程与声学振动系统互相作用所致的不稳定燃烧。振荡燃烧最可能在加力燃烧时产生，尤其是当非常贫油或非常富油时，也可能产生在燃烧室中。

这种振荡燃烧造成的振动的频率范围50至5000Hz，纵向振动频率最低，径向频率最高。从以上可以看出，声学振动与振荡燃烧将激起机匣纵向及径向的振动，低频的强烈振动使测得的整机振动剧增、超限，高频振动可能使薄壁结构因声振而产生疲劳。

（2）噪声

发动机主要噪声源是燃气流和风扇。

排气噪声是排气和周围空气紊流掺合造成的，噪声频谱是连续的。

风扇噪声主要是风扇旋转噪声及涡流噪声，风扇旋转噪声的基频为fn，f=zfnf。

涡流噪声是因涡流从叶片两面交替地脱离造成的，它的频率等于涡流从叶片一面形成的频率。噪声首先是激起薄壁件结构的声振，连续噪声谱中，突出了相当这些结构的固有频率分量。个别情况下，薄壁结构可能发生强烈的振动，以至疲劳破坏。

2.3 结构源

（1）轴承

轴承激起的振动是轴的旋转中心线周期地偏离几何中心线的结果。已知有两种振动源：各个轴承的几何精度和可变柔度。

变柔度激起振动的原因有两个：由于轴承外环的弹性变形和滚子间载荷分布不均造成的变接触柔度。振动幅值正比于载荷、径向间隙及滚子尺寸的不均匀性。保持架在游隙内的活动会激起以其旋转频率的振动。

（2）齿轮

齿轮传动激起的整机振动，随着传动载荷和圆周速度的增加而增大。当圆周速度增大时，齿轮传动可能工作在不连续的状态下，这时产生的强烈冲击会激起齿轮和机匣固有振动和共振，这一成分的振动比一般的要大几倍。

2.4 故障源

（1）密封碰摩

它可能引起1×n频率成分振动增大，也可能引起转子或静子固有频率的振动，也可能引起（0.4至1）×n频率成分的振动，还可能引起高次谐波（2×n，3×n，…）或次谐波（n/2，n/3，…）的振动，并也可能引起极高频率的振动。其振幅常随转速的上升而增大，并随转速的下降而减小。

（2）轴承对中性不好

（3）支承刚度在垂直与水平方向内不等

主要表现为2×n振动增大，它可能激起转子的临界振动或静子的共振振动，高次谐波（3×n及以上）也可能增大。

（4）次谐波共振

振动频率为1/2n、1/4n、1/8n，它们只能发生在非线性系统中，如零件松动或有间隙（在转子或承力系统内，或在联轴器中）；转轴裂纹可能产生1/3阶的次谐波振动。

（5）叶片碰摩

工作叶片与静子碰摩将激起转子或静子固有频率的振动，及高频率的振动（密封产生的“尖叫声”）。它们在发动机起动过程（升速）中常常表现为振幅突然增大，而在停车过程（降速）中常常保持不变。但有时也表现为在起动过程、停车过程中振幅突然减小。

3、做好航空发动机维修的建议

3.1 从系统硬件结构入手，做好航空发动机的维修工作

第一，引进远程计算机系统。在航空发动机维修过程中，应该引进远程计算机系统，并且做好远程计算机系统的应用。这是因为远程计算机系统之中，能够储存为航空维修技术人员所提供的维修指示语音和视频的波音PMA和空客AirN@v文档。除此之外，在远程计算机系统中，还有绘制完成的发动机所有组件的三维模型，这些模型可以供技术人员随时调用或者是查看，以方便加强技术人员对航空发动机的深层次了解。同时，为了能够确保技术人员维修工作的顺利进行，系统还提供了DELL图形工作站，模拟维修过程的进行。因此，做好远程计算机系统的应用与引进尤为重要。

3.2 做好跟踪定位系统的应用与研究

最早的跟踪定位系统是由Ascension公司研制的，被应用在军事基地监控上，直至在航空发动机维修上的应用，不仅能够通过系统中的FlockofBird电磁式位置跟踪设备实现了航空发动机维修技术人员对6自由度位置跟踪定位，也实现了对发动机的故障部位和维修部位的有效定位，从而使航空发动机维修人员能够进行有针对性地维修，从而提高航空发动机的维修水平与维修效率。所以，加强对跟踪定位系统的研究与应用则具有十分重要的意义。

3.3 做好人机交互系统的研究

可以说在整个航空发动机维修系统中，人机交互系统往往占据着十分重要的地位，并且发挥着十分重要的作用。这是因为，通过人机交互系统，在对航空发动机进行维修的过程中，技术人员就可以通过与系统的互动以及根据系统的提示对发动机进行针对性维修，不仅能够有效提升发动机的维修效率，还能够最大限度避免其他问题的出现。因此，做好人际交互系统的研究与应用也是做好航空发动机维修工作的关键。

4、结束语

综上所述，在航空发动机整机振动的故障的问题过程中，我们要抓住典型故障，对于故障的根源和问题的原因进行分析，提出故障的处理措施，本文总结了航空发动机整机振动的典型故障，可供今后参考。

参考文献

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