劉智鑫

（中航西安飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，陜西 西安 710089）

一、引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是現(xiàn)代飛機(jī)的“心臟”，它工作在高壓、高溫和高負(fù)載的惡劣環(huán)境下，發(fā)動(dòng)機(jī)的好壞直接影響飛機(jī)的安全性和可靠性。航空發(fā)動(dòng)機(jī)由于其高速運(yùn)轉(zhuǎn)的特點(diǎn)，需要保證發(fā)動(dòng)機(jī)工作在規(guī)定的振動(dòng)值內(nèi)，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)使用安全。發(fā)動(dòng)機(jī)的任何早期機(jī)械故障都可以通過(guò)振動(dòng)值的驟增表現(xiàn)出來(lái)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)量的監(jiān)視，可以達(dá)到延長(zhǎng)壽命和提前發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)采取措施，防止故障擴(kuò)大、造成事故之目的。

二、振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)現(xiàn)象比較復(fù)雜，主要是發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)受到各種激振力所致，例如負(fù)荷不平衡引起的激振力、轉(zhuǎn)子不平衡的機(jī)械激振力、燃燒不均勻產(chǎn)生的氣體激振力等，其中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡的機(jī)械激振力為主要振源。

振動(dòng)傳感器、振動(dòng)電子部件和發(fā)動(dòng)機(jī)指示/空勤告警系統(tǒng)共同組成了飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某型飛機(jī)上的工作原理框圖見(jiàn)圖1。當(dāng)被測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)量值超過(guò)安全臨界點(diǎn)后，振動(dòng)電子部件發(fā)出“振動(dòng)增大”告警信號(hào);當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到危險(xiǎn)振動(dòng)點(diǎn)時(shí)，發(fā)出“危險(xiǎn)振動(dòng)”告警信號(hào)，振動(dòng)速度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)便自動(dòng)接通告警系統(tǒng)，提醒飛行人員及時(shí)采取措施。振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不斷地對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)值進(jìn)行測(cè)量，轉(zhuǎn)換，顯示及告警來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的狀況，飛行人員通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)指示/空勤顯示器所顯示的發(fā)動(dòng)機(jī)信息隨時(shí)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)情況，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)處于安全可靠的工作狀態(tài)。

（一）振動(dòng)傳感器

振動(dòng)傳感器用于在飛行或地面條件下測(cè)量航空發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)參數(shù)，當(dāng)傳感器殼體隨發(fā)動(dòng)機(jī)一起振動(dòng)時(shí)，其內(nèi)部活動(dòng)系統(tǒng)則保持在相對(duì)靜止的位置上，能確切地反映出發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際振動(dòng)。

某型飛機(jī)所使用的振動(dòng)傳感器屬于電動(dòng)式傳感器。電動(dòng)式傳感器是利用電磁感應(yīng)原理，將運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換成線中的感應(yīng)電勢(shì)輸出，它的工作不需要外加電源，而是直接吸取被測(cè)物體的機(jī)械能并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。電動(dòng)式傳感器的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，輸出功率大，性能穩(wěn)定，輸出阻抗低。振動(dòng)傳感器是一個(gè)平衡塊(永久磁鐵)，平衡塊被安裝在帶有線圈的傳感器殼體內(nèi)，并將作用在水平或垂直方向上的振動(dòng)速度以與振動(dòng)速度成比例的電壓形式輸出。由于振動(dòng)傳感器制造過(guò)程中造成的靈敏度的不一致性，因此，為了保證發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)指示的準(zhǔn)確性，減少指示誤差，行之有效的方法之一就是傳感器與振動(dòng)電子部件在飛機(jī)上安裝時(shí)，通過(guò)地面振動(dòng)檢査裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，消除由于傳感器靈敏度的不一致性而引起的指示誤差。

（二）振動(dòng)電子部件

在飛機(jī)上，振動(dòng)傳感器與振動(dòng)電子部件配套使用。傳感器將所感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)電壓發(fā)送到電子部件上，振動(dòng)電子部件用于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的垂直或水平方向的振動(dòng)速度傳感器輸出信號(hào)(感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì))進(jìn)行處理和放大，實(shí)現(xiàn)其振動(dòng)速度與加速度、位移、振幅之間的相互轉(zhuǎn)換。振動(dòng)電子部件有較高的輸入電阻，其目的是減輕對(duì)振動(dòng)傳感器工作和輸入調(diào)整電路的影響，振動(dòng)電子部件內(nèi)部含有電壓跟隨電路、濾波器電路、比例放大電路和檢波電路，并使振動(dòng)速度放大器的頻率特性響應(yīng)在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的主要頻率范圍，從而減弱其他因素所產(chǎn)生振動(dòng)的影響。

三、故障分析

（一）故障現(xiàn)象

某型飛機(jī)飛行時(shí)出現(xiàn)左發(fā)動(dòng)機(jī)的后支點(diǎn)振動(dòng)值偏大的情況，有時(shí)達(dá)到注意級(jí)告警值。通過(guò)近三年在試飛站接觸與發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值增大相關(guān)情況可以將故障分為:線路故障、振動(dòng)傳感器故障、振動(dòng)電子部件故障、后掛點(diǎn)安裝不到位、發(fā)動(dòng)機(jī)自身振動(dòng)值大、后吊掛梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)不合理。而通過(guò)與發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)專業(yè)工藝及設(shè)計(jì)部門(mén)討論發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值增加的大部分原因是成品故障造成。

對(duì)于成品故障制約生產(chǎn)周期的現(xiàn)狀，對(duì)庫(kù)存量一定的前提下進(jìn)行改善，制定出如下解決

措施：1.面對(duì)故障時(shí)，聯(lián)系工藝、設(shè)計(jì)等技術(shù)部門(mén)與廠家進(jìn)行故障分析及討論，反映故障發(fā)生的條件及情況，廠家技術(shù)部門(mén)進(jìn)行成品比對(duì)，找出共性問(wèn)題或個(gè)性問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，并反饋至機(jī)務(wù)操作人員，再次面對(duì)故障時(shí)能做到及時(shí)定位壓縮了故障品返廠后的排故時(shí)間。2.對(duì)近20 架批產(chǎn)飛機(jī)進(jìn)行故障匯總分析，對(duì)故障在不同工作狀態(tài)下報(bào)出的情況進(jìn)行梳理匯總。找出故障率偏高的成品進(jìn)行匯總比對(duì)。將飛機(jī)在執(zhí)行不同飛行任務(wù)時(shí)所處所出現(xiàn)的故障收集并建立臺(tái)賬后與成品供應(yīng)室提前協(xié)商，在資源有限的條件下進(jìn)行合理分配，做到提前預(yù)警的效果，避免措手不及的狀況發(fā)生。3.對(duì)不同批次發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)的故障進(jìn)行匯總。找不同批次發(fā)動(dòng)機(jī)的成品故障進(jìn)行比對(duì)。做好日常的成品維護(hù)工作，并進(jìn)行通電檢。4.采取給后吊掛梁增加配重，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)試車各狀態(tài)檢，后掛點(diǎn)振動(dòng)值在規(guī)定的振動(dòng)值內(nèi)，檢査發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值，通過(guò)比對(duì)驗(yàn)證后吊掛梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)存在不合理問(wèn)題。

（二）故障樹(shù)

根據(jù)故障現(xiàn)象，結(jié)合系統(tǒng)原理，采用故障樹(shù)分析方法對(duì)本次故障進(jìn)行分析，見(jiàn)圖2 所示。信號(hào)類故障首先判斷左發(fā)動(dòng)機(jī)的后支點(diǎn)振動(dòng)值大故障是真實(shí)還是虛假。如果為虛假，則應(yīng)該定位為線路故障、振動(dòng)傳感器和振動(dòng)電子部件故障。如果為真實(shí)告警，要么就是發(fā)動(dòng)機(jī)自身振動(dòng)值大，要么就是現(xiàn)有結(jié)構(gòu)掛點(diǎn)安裝存在不到位問(wèn)題，要么就是其掛點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理等問(wèn)題。

（三）故障樹(shù)排査

1.線路故障（X1）。相繼對(duì)振動(dòng)傳感器及其安裝情況進(jìn)行了調(diào)整、對(duì)振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)及其連接電纜插頭進(jìn)行檢査，并通過(guò)地面振動(dòng)檢置對(duì)振動(dòng)傳感器和振動(dòng)電子部件交聯(lián)工作時(shí)的靈敏度及輸出電壓進(jìn)行了檢和調(diào)整，均不存在問(wèn)題，排除線路故障。2.振動(dòng)傳感器故障(X2)。更換振動(dòng)傳感器，并在左發(fā)動(dòng)機(jī)后振動(dòng)點(diǎn)外接傳感器并通過(guò)頻譜分析儀進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得數(shù)據(jù)顯示，發(fā)動(dòng)機(jī)后振動(dòng)傳感器與外接的傳感器采集得到的信號(hào)基本一致，故障依然存在，排除振動(dòng)傳感器故障。3.振動(dòng)電子部件故障(X3)。對(duì)振動(dòng)電子部件進(jìn)行功能試驗(yàn)，判定其能實(shí)現(xiàn)正常濾波。并結(jié)合更換振動(dòng)電子部件，故障依然存在，排除振動(dòng)電子部件故障。4.后掛點(diǎn)安裝不到位(X4)。通過(guò)正常調(diào)整方法調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)后掛點(diǎn)安裝點(diǎn)，結(jié)果故障依然存在，排除后掛點(diǎn)安裝不到位故障。5.發(fā)動(dòng)機(jī)自身振動(dòng)值大(X5)。通過(guò)大量排査工作和地面試驗(yàn)驗(yàn)證，振動(dòng)值偏大主要集中在后懸掛點(diǎn)，原因應(yīng)是發(fā)動(dòng)機(jī)本體振動(dòng)與安裝架在激勵(lì)作用下會(huì)出現(xiàn)耦合振動(dòng)。通過(guò)對(duì)與發(fā)動(dòng)機(jī)后點(diǎn)振動(dòng)測(cè)量有關(guān)的各個(gè)系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)分析，以及查閱發(fā)動(dòng)機(jī)履歷本參考振動(dòng)，排除發(fā)動(dòng)機(jī)本身故障等可能原因。6.后吊掛梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)不合理(X6)。通過(guò)頻譜分析儀對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)后吊掛梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)不合理，與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率容易發(fā)生共振，導(dǎo)致后吊掛梁振動(dòng)偏大，造成發(fā)動(dòng)機(jī)后點(diǎn)振動(dòng)值超過(guò)正常限制值，此底事件不能排除。

（四）驗(yàn)證試驗(yàn)

為了使慣性系統(tǒng)的固有頻率低一些，根據(jù)公式ω2=K/m 可說(shuō)明，當(dāng)質(zhì)量m 值較大，剛度K 值較小，則頻率ω 較低。因此，提出發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值大問(wèn)題的改進(jìn)意見(jiàn)，采取給后吊掛梁增加配重的方法，可減少后吊掛梁振動(dòng)頻率，避免后吊掛梁與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速頻率共振。采取給后吊掛梁增加配重，經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)試車各狀態(tài)檢査，后掛點(diǎn)振動(dòng)值在規(guī)定的振動(dòng)值內(nèi)，從而解決了左發(fā)動(dòng)機(jī)后支點(diǎn)振動(dòng)值偏大問(wèn)題，進(jìn)一步說(shuō)明后吊掛梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)存在不合理問(wèn)題。

四、結(jié)語(yǔ)

結(jié)合系統(tǒng)原理，使我們對(duì)振動(dòng)傳感器、振動(dòng)電子部件及振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有了更深的了解。通過(guò)故障樹(shù)分析和排査，確定了發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值增大的原因，并發(fā)現(xiàn)后吊掛梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)存在不合理問(wèn)題，并提出改進(jìn)意見(jiàn)，即增大給后吊掛梁增加配重。針對(duì)改進(jìn)意見(jiàn)，通過(guò)試車驗(yàn)證，再次印證后吊掛梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)存在不合理問(wèn)題。機(jī)務(wù)在日常工作中，通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，隨時(shí)監(jiān)視發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)值，及時(shí)判斷故障，預(yù)報(bào)早期損傷，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)的安全使用進(jìn)而確保飛機(jī)安全以及飛行任務(wù)的順利完成。