聶彥平 辛志東 路天樂

摘 要：高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致其高溫超高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)中的穩(wěn)定性問題。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)問題，提出了基于航空發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)技術(shù)的設(shè)計(jì)分析，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言，裝配控制技術(shù)是核心，測(cè)試技術(shù)是振動(dòng)控制技術(shù)的思路之一。

關(guān)鍵詞：概述故障診斷故障分析診斷建議

前言

近年來，中國(guó)繼續(xù)深化航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械控制技術(shù)研究，以確保質(zhì)量分布的一致性，從根本上提高發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行效率，避免有害振動(dòng)?？紤]到航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，有必要對(duì)技術(shù)結(jié)構(gòu)和振動(dòng)控制項(xiàng)目進(jìn)行判斷，以保持控制技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。因此，本文著重介紹了當(dāng)前航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)存在的問題，并就高溫高速航空發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性提出了發(fā)展思路。

一、發(fā)動(dòng)和振動(dòng)故障原因分析

發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)故障原因一般有自轉(zhuǎn)子的形心與質(zhì)心不一致，導(dǎo)致的不平穩(wěn)振動(dòng);轉(zhuǎn)子不對(duì)中，產(chǎn)生的碰撞振動(dòng);轉(zhuǎn)子腔體積液產(chǎn)生的自激振動(dòng);支承松動(dòng)產(chǎn)生的間隙振動(dòng);氣流對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的異常激勵(lì)振動(dòng);發(fā)動(dòng)機(jī)葉盤失諧導(dǎo)致的振幅放大等。

二、航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)過程

1.結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)單元

在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)單元中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)，特別是其臨界速度。只有從根本上提高穩(wěn)定性，才能保證相關(guān)參數(shù)的實(shí)際價(jià)值。例如，馬達(dá)本身具有兩個(gè)轉(zhuǎn)子的臨界速度結(jié)構(gòu)。由于該系統(tǒng)不是一個(gè)全面的判斷，將會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)過載和支撐點(diǎn)濃度不足的問題，相關(guān)研究人員需要進(jìn)行必要的分析研究，耦合系統(tǒng)的振動(dòng)特性也會(huì)有偏差。此外，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)項(xiàng)目運(yùn)行過程中，還應(yīng)注重線性系統(tǒng)的振動(dòng)設(shè)計(jì)，判斷系統(tǒng)的關(guān)節(jié)剛度、不平衡和阻尼參數(shù)。非線性剛度和非線性阻尼是判斷的主要標(biāo)準(zhǔn)。由于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)不斷改進(jìn)，需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的振動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體控制，以適應(yīng)強(qiáng)非線性因素的適應(yīng)性。還應(yīng)深入分析發(fā)動(dòng)機(jī)的概率分布結(jié)構(gòu)和加工效果，重點(diǎn)分析發(fā)動(dòng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)特征參數(shù)。請(qǐng)務(wù)必注意，必須針對(duì)結(jié)構(gòu)功能差異的組合參數(shù)、組合干涉范圍參數(shù)和溫度梯度參數(shù)有效地執(zhí)行動(dòng)態(tài)彈性分析。在此基礎(chǔ)上，為避免損壞航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制效果，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)以發(fā)動(dòng)機(jī)整體功率結(jié)構(gòu)為目標(biāo)，根據(jù)綜合參數(shù)的裝配效果研究有關(guān)機(jī)械結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)特性和機(jī)械部分，再研究振動(dòng)機(jī)理問題。

2.支承連接系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)單元

動(dòng)態(tài)分析技術(shù)為有效識(shí)別航空發(fā)動(dòng)機(jī)分析精度的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)提供了基本方法，但存在輔助點(diǎn)精度和連接結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)柔性不一致的問題。由于測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)的精確度和靈活性非常重要，因此您必須注意影響實(shí)際參數(shù)層級(jí)的因素，以避免零件變形，特別是軸承和間隙分析，從而提高資料分析的完整性。對(duì)于一般數(shù)據(jù)分析，臨界速度參數(shù)對(duì)分支點(diǎn)的靈活性非常敏感。在此基礎(chǔ)上，有必要建立一個(gè)基于工作溫度參數(shù)的有效定子支撐結(jié)構(gòu)分析系統(tǒng)，重點(diǎn)研究振動(dòng)試驗(yàn)項(xiàng)目，重點(diǎn)研究它們之間的變化關(guān)系，并在及時(shí)分析問題的基礎(chǔ)上制定有效的處理措施。重要的是要注意夾緊力的控制機(jī)制、摩擦性能的控制結(jié)構(gòu)等是研究支撐連接系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)單元時(shí)的關(guān)鍵因素。結(jié)合國(guó)家規(guī)定的相關(guān)螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，重點(diǎn)關(guān)注直徑參數(shù)、仿真數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和相關(guān)因素。

三、航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)的裝配過程

第一，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的主要影響參數(shù)控制了變化場(chǎng)中裝配系統(tǒng)中的加工工藝、裝配工藝和公差，綜合了分析特征參數(shù)的變化結(jié)構(gòu)和影響。技術(shù)人員應(yīng)確定發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體的技術(shù)參數(shù)和一般特性，以改進(jìn)關(guān)鍵因素的處理機(jī)制。影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)的因素包括不平衡、不同重心、連續(xù)剛度和支承剛度等，其中最重要的參數(shù)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。

第二，在分析結(jié)構(gòu)動(dòng)力的特征要素時(shí)，還必須結(jié)合實(shí)際振動(dòng)參數(shù)水平，以改善影響的不對(duì)稱，確保參數(shù)分析水平的優(yōu)化。一方面，結(jié)構(gòu)裝配過程本身的復(fù)雜性決定了技術(shù)操作過程需要對(duì)相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行質(zhì)量控制，特別是對(duì)慣性力、熱梯度、摩擦力和螺栓擰緊力等載荷參數(shù)進(jìn)行質(zhì)量控制。僅當(dāng)滿足剛性連桿效應(yīng)時(shí)，才能在工作速度范圍內(nèi)影響關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的方向。軸承映射過程必須在材料范圍內(nèi)，以區(qū)分基本元素（例如溫度、濕度和裝配時(shí)間參數(shù)）的范圍。綜合設(shè)計(jì)要求后，將提高處理效率，以確保后續(xù)工作得到充分執(zhí)行。另一方面，要判斷結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)和裝配參數(shù)的可測(cè)量性和可控性，保證相關(guān)問題的有效性，改進(jìn)靜態(tài)集合組合參數(shù)，為優(yōu)化點(diǎn)曲面處理效果奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

第三，整合轉(zhuǎn)子典型同心裝配優(yōu)化機(jī)構(gòu)，維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件設(shè)計(jì)要求，提高幾何部件和技術(shù)參數(shù)的完整性，實(shí)施轉(zhuǎn)讓管理系統(tǒng)，維護(hù)設(shè)計(jì)要求，同時(shí)工程師應(yīng)分析裝配的機(jī)械公差要求，以確保數(shù)據(jù)和振動(dòng)特性一致，同時(shí)滿足技術(shù)要求。尤其是在裝配過程中，必須集成和優(yōu)化機(jī)械參數(shù)的完整性，以確保振動(dòng)特性的分析級(jí)別。此外，在轉(zhuǎn)子偏心優(yōu)化過程中，必須組合所有零部件的組合角，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，保持公差條件，提高仿真零部件的裝配效果，并優(yōu)化轉(zhuǎn)子的不同濃度，以滿足數(shù)據(jù)集成要求。通過合并不同的質(zhì)心和相位參數(shù)，可以提高調(diào)整和優(yōu)化部件的性能，并優(yōu)化定位關(guān)系級(jí)別。

四、航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)的驗(yàn)證

有必要對(duì)轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行測(cè)試分析，使振動(dòng)形狀保持在發(fā)動(dòng)機(jī)的全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，重點(diǎn)是支承點(diǎn)的幾何尺寸和布置結(jié)構(gòu)，尤其是控制旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)彈性支承結(jié)構(gòu)的速度范圍，保持效果分析效果分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)整體轉(zhuǎn)速振動(dòng)曲線的共振點(diǎn)時(shí)，還應(yīng)注重非接觸式位移檢測(cè)結(jié)構(gòu)，以便有效檢測(cè)轉(zhuǎn)子軸的實(shí)際相位參數(shù)。目前最常用的測(cè)試方法有：加速度、變形組合測(cè)試和非接觸激光位移測(cè)試。前者應(yīng)分析影響傳感器附加質(zhì)量的因素，結(jié)合差壓環(huán)境建立差壓試驗(yàn)方案，并在確定軸向振動(dòng)方式的基礎(chǔ)上保持變形參數(shù)的穩(wěn)定性。后者需要通過動(dòng)態(tài)和靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量系統(tǒng)的控制，特別是風(fēng)扇盒軸向應(yīng)變值的測(cè)量，以保持多角度應(yīng)變分析水平，在載荷條件下保持大型圓柱結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布水平，并確保后續(xù)工作的完成。

結(jié)束語

總之，根據(jù)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的研究經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合高性能航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研究需要，通過研究先進(jìn)有效的計(jì)算技術(shù)、高效試驗(yàn)技術(shù)和可控裝配技術(shù)，可以建立有效實(shí)用的振動(dòng)控制系統(tǒng)，確保良好的動(dòng)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳果.雙轉(zhuǎn)子航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)建模與分析[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2014，24（06）：619-632.212EC8D5-9D81-4019-B1A6-BCA6F5BCA0BE