试论航空发动机的安装和振动控制

◎甄国志

振动和噪声是航空发动机在使用期间比较常见的问题，控制振动问题的方法比较多，每种方法都有其各自的特点，在实际操作时也存在一定的复杂性，最有效的控制方法就是在航空发动机生产期间注重质量和工艺上的控制，保证航空发动机的应用质量，同时安装时保证整体结构的稳定性并可以根据具体需要安装减振器，为航空发电机的正常运行提供保障。

一、航空发动机的安装及控制问题

航空发动机属于一种结构较为复杂的构件，整体体积比较大且安装空间有限，这就在一定程度上提高了发动机的装卸难度，位置的精准性很难得到保证从而影响航空发动机的使用性能。本文对于现代航空设备发动机振动和造成发生的原因进行了分析并提出了控制的相关对策。在安装航空发动机时需要保证周围连接结构的功能稳定性。首先要保证飞行期间的牢固性不会出现位移情况，同时还需要具有隔振降噪的功能。由于发动机的体积和重量比较大，对周围构件产生的作用力比较大，很容易使两边结构出现位移的情况。而隔振和降噪功能则体现在发动机发生振动时能够将振动作用传递给其他构件，以此来降低噪声的产生。

要想达到以上标准，发动机和其他构件的连接部位要达到一定的刚度，在运行期间不会受到发动机的影响。另外，要想消减震动和噪音，连接部位也需要具有一定的动态柔软性。这就需要对发动机的安装进行优化设计，以此来协调连接部位两种功能的矛盾性。要想进一步提高发动机的安装性则要尽量减少力的传递，通过安装隔振器能够对振动作用力进行隔离。

二、航空发动机振动问题产生的原因

航空发动机在安装时如果出现安装形式不合理，整体结构不平衡的情况，就会出现振动现象对其他机体结构产生影响，从而造成结构振动。如果发动机安装时的平衡性得不到保证，在飞行期间就会出现转动的情况，这就会产生舱内噪声。

发动机在出现振动情况时会通过多种途径传递到机身舱内，如发动机与吊挂的连接部位。

三、航空发动机振动噪声的产生

航空发动机振动而产生的噪声对机身舱内的影响比较大，这类噪声与空气流和其他构件产生的噪音相比频率较高，而且还具有特定的基频和倍频，要想降低发动机噪声产生的影响则可以安装隔振器。

四、传递率和性能比

当我们在讨论振动系统时，传递率是一个通用的术语，但用在描述刚性的大质量体和基体相连时更为有效，而飞机上不存在这种边界约束。性能比指软安装与硬安装性能的一个比值（用减噪的幅值表示，dB）。在描述隔振问题时，性能比比传递率更适用于飞机设计。

五、航空发动机振动控制技术

如果按照形式进行划分常用的隔离器主要有两种，一种是被动式隔离器另一种是主动式隔离器。被动式隔离器主动通过柔性方法来减少振动和噪声的传递，常用的隔离器有粘性阻尼隔离器和调谐减震器等。而主动式隔离器是通过机电系统进行主动控制，不同的控制系统还可以综合使用。目前现代飞机发动机系统中的振动隔离方法主要有以下几种：

第一，振动隔离法，这种方法在应用时直接将隔离器安装在发动机振动的传递路径中，将振动作用力传递给系统中的其他结构以此降低振动对机身舱内产生的影响。

第二，结构隔离法，这种这种方法与振动隔离法较为相似，也是将隔离器安装在发动机振动作用力的传递路径上，但是不会将振动作用力传递给其他结构而是直接吸收振动。

第三，主动噪声控制法，这种方法主要是对产生的噪声进行控制，利用声波消除噪音。

1.振动隔离。

（1）硬连接结构。硬连接接头并没有无限大的刚度，因此在将振动传递给结构时，在减少振动方面也有一定的积极影响。硬连接的优点是在静载的传递分析上简单明了。

（2）弹性材料。刚度和阻尼是弹性材料接头最重要的两个属性弹性材料接头的好处是：①能提供良好的弹性和阻尼性能，比金属弹簧好的多；②相比其他技术，弹性材料成本较低；③可以传递多方向的力；④振动传递率容易计算；⑤在高频噪声衰减方面比较有效。

（3）粘性阻尼隔振器。粘性阻尼隔振器依据发动机动态特性设计，当发动机载荷通过隔振器内部接头传递时，引起粘性阻尼隔振器内部压力的变化，从而使接头更容易产生移动。这样就减少了传递到发动机安装结构上的力，达到减少舱内噪声的目的。

（4）主动粘性隔振器。主动粘性隔振器是被动粘性阻尼隔振器与机电作动器的结合体，在粘性阻尼隔振器的粘性液体舱室内布置作动器，从而控制接头的动态刚度。

2.结构隔离。

调谐减振器是被动式的减震器，安装在振动结构上。可以认为是一个典型的弹性系统。利用不同的形状和材料可以适用于高达600HZ 的振动。

调谐减振器使用于某些离散频率。干扰频率能够引起调谐减振器共振。共振的调谐减振器产生与结构相反的力达到减少振动的目的。当调谐减振器正确布置在发动机安装结构上，可以有效的减少调谐频率下的振动。

3.主动噪声控制法。

主动噪声控制法利用舱内布置的扬声器制造出第二声场，第二声场与发动机或螺旋桨产生的主声场相互抵消。主动噪声控制法的应用需要满足两个条件：第一，需要消除的噪声频率范围的声学响应必须保持轻微的阻尼和低的模态密度，当这个条件满足时，布置在舱内的扬声器才可以用来减少噪声。第二，扬声器应该布置在离散噪声源的四分之一波长处。

这种噪声控制方法想要对全舱的噪声进行控制则存在一定的难度，但是可以根据实际情况进行局部的控制工作，主要是基于可控麦克风的应用来消除一定范围内的噪声。

结语：航空发动机的振动问题存在一定的复杂性，在发展期间控制方式也从也被动式的弹性接头到主动振动控制系统，在实际应用到航空发动机运行系统中时操作上都存在一定的难度。在进行发动机安装设计的过程中，则可以将先进技术方法和安装手段应用到航空发动机的安装作业中，提高安装效率的同时满足飞机装配需求，以降低振动和噪声问题的产生。要根据航空发动机安装、机体结构等实际情况选择针对性的振动控制方法，使其能够满足航空设备飞行需要。