邢瀾清

摘 要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)輸工具運(yùn)行穩(wěn)定及安全性等層面起到至關(guān)重要的作用。液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重地影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效果，引起航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障。本文在闡述航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)基本狀況的基礎(chǔ)上，就航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)故障的作用機(jī)理展開分析，并指出這些故障的診斷方法，期望能進(jìn)一步控制消除航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)問題，提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行質(zhì)量，確保飛機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);液壓系統(tǒng);振動(dòng);機(jī)理分析;診斷

引言

液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障的重要影響因素，其嚴(yán)重地阻礙了航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作性能的發(fā)揮的，對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用效果造成較大影響。從航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作條件來看，液壓系統(tǒng)振動(dòng)與諸多因素有關(guān)。新時(shí)期，人們對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用效果提出了較高要求，有必要深化航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)機(jī)理研究，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路振動(dòng)故障的有效處理。

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)基本情況

航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的心血臟，其能將其他形式的能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，對(duì)于運(yùn)輸工具的行駛具有積極作用。從結(jié)構(gòu)組成來看，液壓管路是航空發(fā)動(dòng)機(jī)附件系統(tǒng)的重要組成，其為燃油、滑油等介質(zhì)的輸送中提供了穩(wěn)定途徑。在一定程度上，航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路直接關(guān)系著航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)作效果。

因功能差異影響，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的液壓管路在粗細(xì)、長短、走向上有較大差異，這些管路工作環(huán)境復(fù)雜，在實(shí)際運(yùn)作中，一些管路容易因振動(dòng)出現(xiàn)斷裂及管道街接頭故障等問題，威脅飛機(jī)的飛行安全。有研究顯示，在因航空發(fā)動(dòng)機(jī)故障的所有空停事件中，管路、導(dǎo)線和傳感器失效引起的空停事件占到50%，其中，外部管路斷裂故障占到空中飛行結(jié)構(gòu)故障的52%，這些管路中有較多管道為液壓管路，其因振動(dòng)而損傷，對(duì)于飛機(jī)飛行安全具有深刻影響。對(duì)此，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，應(yīng)重視液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)問題的診斷及處理[1]。

2 液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)機(jī)理分析

基于對(duì)系統(tǒng)激勵(lì)類型差異，可將振動(dòng)分為自由振動(dòng)、受迫振動(dòng)、自激振動(dòng)及參數(shù)振動(dòng)等諸多類型[2]。當(dāng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路發(fā)生振動(dòng)時(shí)，應(yīng)從受迫振動(dòng)、自激振動(dòng)兩個(gè)層面進(jìn)行深入分析。就液壓管路系統(tǒng)受迫振動(dòng)而言，其振動(dòng)問題與外界或內(nèi)部的周期性、隨機(jī)機(jī)械載荷及流體載荷有較大關(guān)系;管理自激振動(dòng)多會(huì)發(fā)生振動(dòng)失穩(wěn)，其多和流動(dòng)介質(zhì)與管路的運(yùn)動(dòng)相耦合有關(guān)。

深層次分析航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路振動(dòng)源，能為液壓管路振動(dòng)問題的控制奠定良好基礎(chǔ)。引起航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路振動(dòng)的原因具有多元性的特征。

2.1因轉(zhuǎn)子不平衡力和流體的脈動(dòng)壓力而引起振動(dòng)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)發(fā)生振動(dòng)時(shí)，需首先考慮轉(zhuǎn)子不平衡力和流體的脈動(dòng)壓力的作用關(guān)系。其中，當(dāng)轉(zhuǎn)子出于失衡狀態(tài)時(shí)，其會(huì)出現(xiàn)一定的不平衡力，由此引起液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)問題。分析轉(zhuǎn)子動(dòng)作過程可知，離心力對(duì)轉(zhuǎn)子軸承施加速度、力是轉(zhuǎn)子失衡的重要原因，在離心力的作用下，轉(zhuǎn)子有回轉(zhuǎn)中心的質(zhì)量分布不均勻，致使自身出現(xiàn)了靜失衡、力偶失衡及動(dòng)失衡三種狀態(tài)?；谶@一激勵(lì)，在轉(zhuǎn)子高速運(yùn)動(dòng)的情況下，去自身會(huì)產(chǎn)生不平衡力，且這種不平衡力具有周期性的特征。一般認(rèn)為，不平衡量的大小和轉(zhuǎn)速的高低決定了轉(zhuǎn)子不平衡力的大小，當(dāng)這種不平衡力作用于液壓管路系統(tǒng)時(shí)，會(huì)對(duì)管路造成一定的激勵(lì)作用，引起液壓管路振動(dòng)問題，振動(dòng)激勵(lì)頻率（f）為航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子速度的1/60。

在供油泵作用下，輸送燃油、滑油等流體的管路也會(huì)發(fā)生一定變化，這種變化會(huì)引起流體本身脈動(dòng)壓力的周期性變化。在管路的彎徑處和變徑處，這種脈動(dòng)壓力會(huì)對(duì)管理形成激勵(lì)作用，引起液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)。研究顯示，流體脈動(dòng)壓力的激振頻率為泵齒數(shù)與泵轉(zhuǎn)速乘積的1/60。

2.2因卡門旋渦引起的振動(dòng)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作過程中，若液壓管路系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這極有可能出現(xiàn)卡門旋渦，卡門旋渦會(huì)引起管路振動(dòng)問題。研究卡門旋渦作用機(jī)理可知，選擇均勻流場(chǎng)，在其中置入圓柱，這樣從圓柱體的兩側(cè)流出互為交替的規(guī)則形渦街，并且在圓柱體的后面也會(huì)形成一對(duì)旋渦。卡門旋渦指出，在渦街穩(wěn)定的情況下，渦街的寬度為0.281倍的渦街間隔。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作中，卡門旋渦會(huì)引起液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)，且這種振動(dòng)主要分為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種類型。

2.3管路自身的耦合振動(dòng)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路起到輸送燃油、滑油等流體的作用，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作及液壓管路運(yùn)行過程中，管路內(nèi)流體與管路之間也會(huì)出現(xiàn)一些內(nèi)在的耦合振動(dòng)。從液壓管路系統(tǒng)固定方式來看，其多是在卡箍的作用下，將管路固定在航空發(fā)動(dòng)機(jī)殼上的。航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作過程本身會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)，這種振動(dòng)會(huì)通過卡箍使得液壓管路強(qiáng)迫振動(dòng)，同時(shí)管路輸送液體具有一定流量、壓力脈動(dòng)差異，這種流量和壓力脈動(dòng)差異會(huì)對(duì)管路產(chǎn)生強(qiáng)迫振動(dòng)影響。當(dāng)兩種振動(dòng)頻率接近時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的耦合諧振作用，最終引起液壓系統(tǒng)管路的振動(dòng)[3]。

現(xiàn)階段，面對(duì)液壓管路系統(tǒng)自身的耦合振動(dòng)問題，常用兩種方式對(duì)其進(jìn)行處理。其一，視固體振動(dòng)為主振體，然后將流體看做是附連質(zhì)量與系統(tǒng)振動(dòng)，在建立振動(dòng)模型求解時(shí)，可將流體作為系統(tǒng)阻尼而進(jìn)行模型解算;其二，將流體和固體作為兩個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行分別解算，這樣在動(dòng)力學(xué)方程下，可通過模態(tài)綜合或動(dòng)態(tài)子結(jié)構(gòu)等方式進(jìn)行坐標(biāo)縮減，以此來解決耦合諧振問題。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)故障診斷

步入新時(shí)期以來，交通運(yùn)輸工具發(fā)展迅速，人們對(duì)于飛機(jī)運(yùn)行效果及出行安全提出了較高要求，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，應(yīng)高度重視液壓管路系統(tǒng)故障的診斷和處理。故障診斷是航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路振動(dòng)故障處理的前提?，F(xiàn)階段，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)故障診斷中，常用的診斷方式包括：其一，在信號(hào)分析原理的支撐下，結(jié)合使用人工智能等方法進(jìn)行故障的定性診斷，其二，在考慮航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)作環(huán)境的情況下，建立液壓管路物理、數(shù)學(xué)、控制或組合模型，以此來進(jìn)行數(shù)學(xué)解算，達(dá)到故障診斷的目的。相對(duì)而言，信號(hào)分析結(jié)合人工智能診斷方式的應(yīng)用較多;但在實(shí)際應(yīng)用中，還應(yīng)注重信號(hào)分析過程中無法全面反映管路振動(dòng)特征、無法定量刻畫故障程度等問題的處理，提升故障診斷的效率和精度，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)故障控制提供參考。

4 結(jié)語

液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，影響了人們交通出行的安全性。新時(shí)期，人們只有充分認(rèn)識(shí)到航空發(fā)動(dòng)機(jī)液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)類型，深層次分析液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)作用機(jī)理，并實(shí)施故障診斷和應(yīng)對(duì)處理，這樣才能有效控制液壓管路系統(tǒng)振動(dòng)問題，提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行質(zhì)量，確保飛機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性、安全性。

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