羅文東 譚敏 馮勇欽

摘? 要：高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)上的繁瑣性導(dǎo)致其在高溫度下，超高速轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)存在一定的穩(wěn)定性問題，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)存在的問題，基于測(cè)試的基礎(chǔ)上提出航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)振動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)分析。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)來說，裝配控制技術(shù)是核心，而測(cè)試技術(shù)是振動(dòng)控制技術(shù)的一個(gè)思路。對(duì)此，該文先對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行了一個(gè)簡(jiǎn)單的描述，進(jìn)而分析整理了航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，從而分析了發(fā)動(dòng)機(jī)在整機(jī)振動(dòng)方面上故障，對(duì)此提出診斷的方法，這將對(duì)以后的工作發(fā)展奠定一定的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：概述? 故障診斷? 故障分析? 診斷建議

中圖分類號(hào)：V231.92;V263.6 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）06（a）-0079-02

1? 航空發(fā)動(dòng)機(jī)的描述

在航空工業(yè)中，發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心臟，可以說，一代發(fā)動(dòng)機(jī)一代飛機(jī)。作為飛機(jī)的心臟，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在技術(shù)上是十分精細(xì)和準(zhǔn)確的，內(nèi)部構(gòu)造更是極其復(fù)雜，這就導(dǎo)致在航空發(fā)動(dòng)機(jī)在安裝和拆卸的時(shí)候是十分困難和復(fù)雜的，不僅僅需要專門的人員，還需要人員具備高超的技術(shù)，當(dāng)然所需的費(fèi)用也相對(duì)高昂。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)服役的過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)組裝的質(zhì)量是決定發(fā)動(dòng)機(jī)使用長(zhǎng)短的重要因素。發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量不過關(guān)也是導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)在工作中振動(dòng)偏差過大的主要原因。所以，發(fā)動(dòng)機(jī)在組裝的過程中往往會(huì)有多道檢驗(yàn)程序以防止裝配質(zhì)量不合格的發(fā)動(dòng)機(jī)裝在飛機(jī)上，造成飛行事故。即便如此，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境較為惡劣，振動(dòng)仍然是發(fā)動(dòng)機(jī)主要故障之一。

2? 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷

2.1 國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

在國(guó)內(nèi)，由于具備測(cè)試條件的單位極其少，所以，在國(guó)內(nèi)開展的關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)的研究也是鳳毛麟角。因?yàn)檩^少研究，所以取得的成效也并不顯著。在我國(guó)，出于一些外在因素的限制，我國(guó)從對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)震動(dòng)的研究發(fā)展到對(duì)影響振動(dòng)的關(guān)鍵部件進(jìn)行研究，這是一個(gè)相當(dāng)重大的轉(zhuǎn)變。發(fā)動(dòng)機(jī)在使用的過程當(dāng)中可能會(huì)發(fā)生碰撞，碰撞會(huì)嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)。因此，對(duì)于碰撞的研究極其重要。北京航空航天大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化學(xué)院的王春潔和曾福明進(jìn)行了此項(xiàng)研究，在研究的過程當(dāng)中，2位學(xué)者首先建立了一個(gè)模型，這個(gè)模型建立在保持具有一定相關(guān)特點(diǎn)的基礎(chǔ)之上，通過模型分析，得出了其中碰撞的原因，通過一步步的研究，解決了碰撞的問題，這是研究歷史上的一個(gè)巨大成就?，F(xiàn)如今，我國(guó)已經(jīng)逐步在一些技術(shù)上逐漸取得進(jìn)步，獲得一些成效。其中，盲源分離法就已經(jīng)取得了一些顯著的成效，已經(jīng)有許多的學(xué)者采用這種方法。比如，西北工業(yè)大學(xué)旋轉(zhuǎn)機(jī)械與風(fēng)能裝置測(cè)控研究所的宋曉萍和廖明夫采用盲源分離法對(duì)振動(dòng)的信號(hào)進(jìn)行了分離，并作用算法進(jìn)行了徹底分離。還有，西北工業(yè)大學(xué)電子信息學(xué)院的3位學(xué)者用盲源分離法對(duì)其發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)偏大的現(xiàn)象進(jìn)行了分析，通過分析，再采用一定的技術(shù)分離了信號(hào)，這都為故障的診斷提供了一定的思路。此外，在振動(dòng)診斷方面，中航工業(yè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所做出了一定的貢獻(xiàn)，首先構(gòu)建了故障再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)器，使其故障在發(fā)生之后能夠進(jìn)行故障原因的分析，通過分析一定的故障原因，在對(duì)故障器進(jìn)行分析。在技術(shù)應(yīng)用方面一定要采用先進(jìn)的技術(shù)，這樣，在分析解決的過程中逐漸規(guī)范完善的診斷系統(tǒng)被確立起來。還有許多的學(xué)者也對(duì)振動(dòng)故障進(jìn)行了研究，并做出了貢獻(xiàn)。北京航空航天大學(xué)的洪杰、任澤剛還有中國(guó)民航大學(xué)的范作民、白潔等人，在故障診斷的研究過程當(dāng)中，引入了先進(jìn)的處理方法、先進(jìn)的技術(shù)以及一些專家的應(yīng)用較好的技術(shù)方法，這在發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)研究的過程中都做出了貢獻(xiàn)，為故障診斷提供了一定的思路。發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)逐漸成熟，科技也越來越發(fā)達(dá)，在故障診斷的研究過程當(dāng)中，西北工業(yè)大學(xué)的張加圣等人開發(fā)了一個(gè)比較全面的軟件，這個(gè)軟件不僅僅能夠進(jìn)行狀態(tài)的監(jiān)控還能夠進(jìn)行計(jì)算以及處理等，其功能十分強(qiáng)大，大大提高了發(fā)動(dòng)機(jī)診斷的效率。同一所大學(xué)的楊小東等人也對(duì)其進(jìn)行了研究，他們從故障特點(diǎn)開始進(jìn)行入手，通過分析故障的特征，發(fā)明了一個(gè)診斷排除的一個(gè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)功能完備，能夠?qū)⒐收系囊恍┬畔⑦M(jìn)行一個(gè)匯總，相當(dāng)于一個(gè)機(jī)器人，可謂高效智能。

2.2 國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

要想能夠獨(dú)立的生產(chǎn)發(fā)航空發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅僅是需要經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高、有過硬技術(shù)的技術(shù)人員，同時(shí)還需要強(qiáng)大的國(guó)家支撐，所以能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)和生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)家是非常少的，只有美國(guó)、英國(guó)等幾個(gè)國(guó)家。在航發(fā)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)方面，國(guó)家層面將其作為機(jī)密，英美等國(guó)家都不輕易地將其技術(shù)泄露，甚至都不會(huì)出售。因此，搜索到的關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)方面的研究技術(shù)的文獻(xiàn)也是比較少的。搜索到的一篇文獻(xiàn)中談到，在發(fā)動(dòng)機(jī)在使用的過程當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)不平衡振動(dòng)的問題，所以Philip Bonello在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中通過采取平衡的方法解決了這個(gè)問題，這種方法使用起來也是非常方便的。另外一文章提到，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在整機(jī)使用過程中會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)，針對(duì)這一問題，俄羅斯國(guó)家根據(jù)振動(dòng)的圖譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究，并通過做實(shí)驗(yàn)進(jìn)行解決。

3? 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)出現(xiàn)故障的原因

3.1 轉(zhuǎn)子不平衡

轉(zhuǎn)子不平衡是導(dǎo)致故障的一個(gè)重要原因。其中，引發(fā)轉(zhuǎn)子不平衡的原因不僅僅與材料、結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與制造、裝配等有很大的關(guān)系。密度是物質(zhì)的一種屬性，所以引發(fā)轉(zhuǎn)子不平衡的一個(gè)因素就是密度不均勻，在內(nèi)部存在一定的空隙。其次，在結(jié)構(gòu)上，會(huì)存在一定的誤差和偏差，如質(zhì)量不均等。裝配上存在缺陷將會(huì)嚴(yán)重影響轉(zhuǎn)子的不平衡，在裝配的過程中會(huì)出現(xiàn)重心傾斜。此外受溫度影響，也會(huì)引起轉(zhuǎn)子不平衡現(xiàn)象，這些都會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)造成影響。

3.2 噪聲

噪聲是由發(fā)聲體無規(guī)則振動(dòng)時(shí)發(fā)出的聲音。一般超過20000Hz的就是噪聲。對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)來說，其產(chǎn)生噪聲的根源是燃?xì)饬骱惋L(fēng)扇，在發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，燃?xì)饬骱惋L(fēng)扇也在運(yùn)動(dòng)，其中風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)，這時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生噪聲。其次，發(fā)動(dòng)機(jī)也會(huì)產(chǎn)生排氣噪聲，這種噪聲就是排出的氣體與空氣中的大氣進(jìn)行接觸，產(chǎn)生連續(xù)的噪聲。發(fā)動(dòng)機(jī)由于振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，首先影響的是薄壁件的結(jié)構(gòu)，持續(xù)的噪聲，會(huì)使這些結(jié)構(gòu)發(fā)生磨損，進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。

4? 加強(qiáng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)診斷維修工作

4.1 構(gòu)建系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，為維修工作提供保障

首先，我們可以引進(jìn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅僅能夠儲(chǔ)存維修的一些指示語音和視頻，還能夠構(gòu)建三維模型供技術(shù)人員進(jìn)行查看，這樣不僅僅能夠使技術(shù)人員對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況清楚掌握，還能夠在一定程度上確保維修工作的順利進(jìn)行，由此可見，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修的過程中，引進(jìn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是當(dāng)前發(fā)動(dòng)機(jī)維修的趨勢(shì)，也已經(jīng)有良好的推廣。

4.2 做好跟蹤定位系統(tǒng)的應(yīng)用

最初，我們就有跟蹤定位系統(tǒng)，但是當(dāng)時(shí)的跟蹤系統(tǒng)并不用于發(fā)動(dòng)機(jī)維修方面，而是應(yīng)用在軍事基地的監(jiān)控上。由于飛機(jī)是在天空中飛行的，維修技術(shù)人員不能夠進(jìn)行全方位的跟蹤，也就不能夠做到有故障的部件得到及時(shí)地處理，更不能夠做到有針對(duì)性地診斷和維修，這就導(dǎo)致診斷的效率大大降低，甚至可能會(huì)引發(fā)安全問題，所以，引入跟蹤系統(tǒng)，能夠更好地對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行全方位的跟蹤，確保發(fā)動(dòng)機(jī)部件出現(xiàn)故障能夠進(jìn)行及時(shí)的維修，所以，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修的工作中進(jìn)行跟蹤定位系統(tǒng)的應(yīng)用是十分重要的。

5? 結(jié)語

航空發(fā)動(dòng)機(jī)外部精細(xì)，內(nèi)部復(fù)雜，最困難的就是安裝和拆卸工作，在發(fā)動(dòng)機(jī)使用的過程當(dāng)中，我們要注意監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)子不平衡，以及噪聲的問題，及時(shí)進(jìn)行處理避免這些問題的發(fā)生，確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)能夠有效安全地運(yùn)行。

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