航空发动机试车现场振动测量的干扰与排除 Interference and Elimination of On-site Vibration Measurement for Aeroengine Test Run

曹隽 CAO Jun 李剑楠 LI Jian-nan

摘要：航空发动机有着内在的复杂构架，高温运转之中的这类发动机经常凸显振动，应当依循动力学特有的根本机理予以测量。在试车现场中，要采纳振动测试这样的技术来调控发动机常态的振动，排除振动的干扰。优化发动机内在的装配流程，提升了测量振动的精准性。对于此，解析了试车现场测量振动的常见干扰，采纳最适宜的排除方式。

Abstract： Aeroengine has inherent complex structure. The vibration of this kind of engine often shows in high temperature running. It should be measured according to the basic mechanism of dynamics. In the test site， vibration test should be adopted to control the normal vibration of the engine and eliminate the interference of vibration. Optimization of the internal engine assembly process， improve the accuracy of vibration measurement. For this reason， the common interference of vibration measurement in test run is analyzed， and the most suitable elimination method is adopted.

關键词：航空发动机;试车现场;振动测量;干扰;排除

Key words： aeroengine;test site;vibration measurement;interference;elimination

中图分类号：V263.6                       文献标识码：A              文章编号：1674-957X（2021）22-0135-02

0  引言

航空飞机的飞行安全性是航空领域在研究过程中最为重要的问题之一，航空发动机作为影响飞机飞行情况的重要因素。为了能够确保航空发动机的稳定运行，需要针对航空发动机实施试车试验，对其性能水平、适用性、耐久性等进行评估。航空发动机内在架构较为复杂，旋转起来的速率也很快。不平衡气流之下，转子振荡带来了后续的整机振荡，这种振动显现了随机的特性。常规状态下，局部发动机凸显了较高的总温度，受到电磁的、油雾等的干扰，振动测量由此增添了疑难。针对试车的流程，要现场测定精准的振动值，选取最适宜的测量仪及传感器。解析测量流程内的多样干扰，这样的基础之上才可着手去排除，保证振动测量活动的有序进行。

1  航空发动机试车现场振动测量技术概述

试车振动含有双重的测量流程：第一类流程为，先要预设特定带宽，而后经由PID特有的步骤来处理交变信号;第二类流程为，依循动态分析可得的信息来解析频谱，辨识各时段内的振动信号[1]。构建了采集数据依循的专门体系，在最大范畴内缩减潜在的测量干扰。发动机试车必备多类的现场设备，例如变频器、测功机及布设的发电机、场地内的液压泵。复杂设备表现出彼此的干扰，干扰了传递过来的振动信号。这样的情形下，振动测量将会缩减应有的可靠性。为了规避多重的现场干扰，要及时查验周边干扰并且予以排除。详细来看，振动测量可分成接触式的、非接触式这样的测量。

1.1 接触式振动测量

接触式这样的振动测量针对着发动机各类的振动。发动机布设了必备的测量体系，测振含有内在的若干配件。试车现场增设了压电式特有的传感器，它输出了各时段内的电荷总量。经由后续的转换、微积分及滤波这样的处理，查验了转换器之中的有效值。试车配有数据采集，显示了监控获取的精准信息。搜集发动机传递的电荷，经由转换流程并且放大初始的信号，调理了总体的电荷量。检波依循的系统衔接着信号分析必备的动态仪器，输出了交流信号。

传感器模块搜集可得试车各时段的精准信号，这类模块紧密衔接着传感器，叶尖可以定时。传感器布设了叶尖形态的测头，设定了光纤束。半导体形态的激光器借助于稳定功率以便驱动，波长红光设定了600mn。在光纤束之中布设了孔径较小的、单一状态下的多模光纤，它们缠绕着光纤束。这种测量流程增添了成效性，构架也较为简易。发射及后续的接收都依循了独立构架的不同光路，这就缩减了附带的背景干扰，信噪比由此而被提升[2]。

1.2 非接触式振动测量

非接触式架构内的旋转发动机整合了多重的内在模块：转换光电信号特有的模块、采集信号模块、传感器布设的模块、微机协助下的预处理、解析信号必备的模块。在这之中，传感器配有本体的叶尖，外罩增设了光纤类的测头。传感器拥有了同步优势，它被布设于转轴一端。叶片每次掠过测头，接收进来的光线都将被变更，信号被替换为明晰的电信号，拟定了离散态势下的相应序列。初始的采集流程、接续的预处理都采纳了时间计数。依循DSP特有的运算规程，预处理增添了精准性。软件解析涵盖的对象为：叶片振动幅值、表征位移的参数、精准的振动频率。

整体封装含有采集类的装置、光电转换装置。试车现场预设了封装流程，创设了更优水准的运转成效，仪器化水准也在提升。光电转换配有内在模块，安设了光电二极管。低噪声这样的宽带缩减了总体增益，借助于放大电路以此来填补这样的增益。电路预处理流程内，光电流可被输出。TTL特有的信号经由放大器、衔接的电路等而被变成脉冲信号。系统有着本体的动态表征，还可抵抗外在干扰。通信流程必备前后侧的放大器，电平转换拟定了70MHz特有的带宽。实时采集数据时，光纤传感器整合了同步的叶根，驱动电路供应了更为可靠的运转保障。与此同时，非接触测量也消解了不稳定转速，测量将更为精确。

2  振动测量中的干扰因素及排除对策

传统测量采纳的流程内，发动机辨析了振动速率，传感器设定了电动式特有的总体架构。振动测量布设了二次仪表、衔接的放大电路，二者获取了振动情形下的精准位移。在这之后，位移峰值被凸显于带通滤波器。某些情形下，位移峰值并不能代表着位移值，振动状态下的负荷值经由换算可得振动位移。伴随技术的进展，针对于振动现场内的加速度設定了更精准的采集途径。发动机搜集可得这样的加速度，二次仪表再去放大搜集获取的信号。条件准许时，可选取较窄这样的滤波器以便设定分量，它表征着振动加速度。依托这样的测量，直接测得了振动速率。不必经由繁琐的后续转换，也缩减了测定数值的偏差。排除现场内的干扰，现场含有变频器的、地线的干扰[3]。

2.1 地线的干扰及排除

现场测量可得：测振仪衔接着的接地电源凸显了较小数值的交变电压。测振仪配有外在的衔接电源，搜集数据依托于布设的专用地线。这种地线系统存有多样的内外干扰：多点接地增添了回路电流，它干扰了常态测振。从总体视角看，地线干扰凸显了较大波动。若启开了系统架构内的控制电源，图像将显现尖峰式的、不规则的振荡。这种波动过后，若再去开启变频器将加剧振荡。现场的各类干扰之中，地线干扰应被看成最常见的这一类，实践之中摸索并归结了它的排除思路。

机箱及测振仪布设了一体外壳，它们被衔接成整体。缩减接地干扰，就要维持同一的电位差。这样做就消解了表现出来的回路干扰，设定了更适宜的连接电路。应当注重的是：传感器及衔接着的测振线都应被确认稳定，装置内的配件都不可松动。测振线增添了外在屏蔽线，含有金属编制出来的网状线路，低电位这样的网络不可碎裂，要随时查验细微的断裂现象[4]。受到场地约束，振动测量只能辨识中低频这样的传递信号;针对高频信号，它还不能去测定。

2.2 变频器的干扰及排除

试车步骤不可缺失供水，它拟定了精准的初始压力，要调控这样的压力。调节各时段的供水压力则要依托于变频电机泵。若显现了某一时点的尖峰，则要归因于变频器。常态运转时的变频器有着较高的总体谐波，它密切关系着地电流及电磁感应。针对于试车体系，这些设备也凸显了较大的现存干扰。测试流程获取了变频器附带的干扰，某些情形之下的波动值会超越15mV。采集数据布设了经由的通道，量级设定为mV。借助于动态分析特有的仪器来辨识频谱。开启了变频器将会凸显高次谐波，若闭合了变频器则消除了谐波。

变频器常常含有高次谐波，它带来了干扰。针对于变频器，在输入端可增设电源滤波器，这样就规避了电网偏重的污染，可以有效减小干扰程度。变频器密切衔接着系统内的滤波器，传输必备的路径应被缩短，这就规避了周边区段的电路干扰。在测振仪的周边可增添搭配的隔离电源，它隔离了测振仪及布设的接地。此外，为了可以避免通道电压波动给振动信号带来一定影响，振动信号还要增添原有的抗干扰特性，需要放大振动信号，能够强化其抗干扰性能，消除电压波动中的剧烈干扰，确保测量结果的准确度。通过这些措施的使用，可以有效减少车台振动干扰，电压波动给振，动信号造成的干扰缩小数倍，几乎不会给振动测量工作带来影响。

3  影响振动测量的干扰信号注意事项

第一，在安装测振线以及传感器的过程中，必须要保证连接具有可靠性，不能出现松动的现象。其中测振线低电位网状编织金属屏蔽线应当处于完整的状态，不能存在断裂问题。第二，在实验室以及现场分别对振动传感器的频响、幅值进行分析和检定，可以发现环境的不同使其检定结果出现了较大差异。在实验室内检定结果合格的传感器在现场环境进行应用时容易出现不合格的问题，这一问题出现的原因是传感器内部出现了结构改变，使得在高频的情况下，幅值不再以线性的状态存在。在现场使用传感器时需要收集高频信号、中频信号、低频信号，由于收集信号的类型较多，会出现振动信号波动过大的现象，因此需要在现场验证传感器的使用效果。

4  结束语

当前航空行业发展速度不断加快，有关于航空发动机的科研任务量也逐渐增加，如果仍然使用以往的检验方式，难以满足科研活动需求，不利于提高航空发动机的试验效果。运转态势下的发动机很难规避多样故障，故障流程表现出复杂性，给后续发动机的运行和使用带来了影响。发动机振动可归结为多重的根本成因，例如转子故障、激烈振荡的气流、齿轮配件的故障。解析常态的发动机振动，拟定明晰的工艺参数，在航空发动机试车现场经常会使用接触式或者非接触式振动测量技术进行检测，经过实践的累积，归结可得珍贵的测量经验。在测量过程中会受到多个因素的干扰，其中地线以及变频器是主要的干扰因素，要注重查验测量之中的干扰，排除干扰以此来确保测量是精准的。

参考文献：

[1]刘永泉，王德友，洪杰.航空发动机整机振动控制技术分析[J].航空发动机，2013（05）：1-8，13.

[2]李荣生.航空发动机振动测量[J].航空科学技术，2014（04）：33-36.

[3]艾延廷，周海仑，孙丹，等.航空发动机整机振动分析与控制[J].沈阳航空航天大学学报，2015（05）：1-25.

[4]姜晓莲，蔡忠春，辛健，等.基于PC104的航空发动机试车参数检测系统研究[J].电子技术，2011（10）：57-58，52.