航空發動機振動信號應用研究

牟進港 李志遠 高海闊 劉 奔

濱州學院航空工程學院，山東 濱州 256600

航空發動機振動信號應用研究

牟進港 李志遠 高海闊 劉 奔

濱州學院航空工程學院，山東 濱州 256600

研究了航空發動機振動信號以及信號的時域、幅域，對航空發動機振動信號的應用范圍進行了歸納總結，為更好地設計、改進和制造發動機提供理論依據。

航空發動機；振動信號；故障診斷

引言

航空發動機是一種非常高速的旋轉工作機械，對飛行安全至關重要。發動機健康狀況的惡化威脅著機組人員和乘客的生命和財產安全。操作振動問題非常突出：振動的損傷非常嚴重，會引起飛行員的情緒緊張，繼而影響操作；嚴重損壞發動機部件，減短發動機壽命，危及飛機安全。所以，監控發動機的狀態是非常重要的。據統計，超過90%的發動機結構強度的故障是由振動引起的，或者與振動有密切的關系。與此同時，振動會加大發動機燃料的消耗，導致能源浪費。為了監測航空發動機的振動信號，對發動機的振動頻率、相位和振幅進行了研究。航空發動機振動信號的分析和處理包括信號預處理、時域和信號的幅度域分析[1]。

1 航空發動機振動信號的處理方法

1.1 信號的預處理

在飛機發動機振動信號的飛行測試過程中，由于采樣率高、飛行時間長，采集的數據量也很大，因此對所收集的信號處理時間也比較長。信號需要從收集的振動信號中選擇，然后再進行處理。信號預處理主要包括航空發動機的振動信號、分割和誤差，預濾波以及零均值轉換。根據發動機工作狀態，對發動機工作狀態的振動信號進行采集。將采集的所有數據和表示引擎工作狀態的信號回放，找到引擎工作狀態運行的時間段，利用該時間段截取所需振動信號的數據段。在回放過程中，如果有故障或異常信號，它也可以截取信號前后的數據段，以便進行進一步的分析。

1.2 幅域分析

信號振幅的各種處理被稱為幅域分析。信號的簡單參數包括峰值、平均值、最小值、有效值等。這些參數相對簡單，對振動變化有較好的靈敏度。實際上，隨機信號概率密度函數決定了各種參數。在實際動態特征值計算中，可以通過采樣得到離散時間序列數據。

1.3 時域分析

振動數據處理通常需要兩個時域信號相關性分析，也稱為時域分析，包括相關系數、相互關聯函數和自相關函數的內容分析。時域分析的一個重要特征是信號具有時間順序，即由數據序列生成的時間序列。在現場分析中，時間順序是函數，可以利用采樣時間的波形來計算參數。應重點關注自相關分析和互相關分析。

2 航空發動機振動信號應用范圍

2.1 航空發動機振動超限監測

對高低壓轉子振動進行監測，以監測振動。目前，航空發動機振動監測的發展有兩種類型的監測，即總量監測和組件監測。在組件監測中，使用位移、速度和加速度作為監測參數，每一種監測參數都有各自的優缺點，應根據監測對象和監測要求選擇應用程序[2]。

2.2 基于振動信號分析的航空發動機故障診斷

分析發動機振動信號提取，結合工程經驗，可以識別引擎故障，包括轉子的不平衡，轉子彎曲、停滯、摩擦，轉子裂紋不穩定、密封、油膜振蕩、轉子支持放松，葉片缺陷、齒輪和滾動軸承損壞等等。根據發動機振動信號的振幅和頻率，可以提取發動機當前健康狀況信息，獲取故障的類型。發動機振動基頻更為突出，最大的原因可能是轉子不平衡[3]。頻率振動幅度大于基頻的振動幅度。轉子彎曲的振動特性基于基本頻率的振動幅度、三次基本頻率的頻率和振幅，以及轉子振動頻率的幅值。

2.3 航空發動機轉子動平衡分析

跟蹤轉子振動監測可提供數據平衡，AVM系統可獲得振動幅度和相位的不平衡，并通過相應的算法計算平衡權重比例和平衡位置。監測高低壓轉子振動監測系統的振動，如果低壓轉子振動，首先是發動機的例行檢查，檢查是否存在其他異常情況，在風機葉片的最終平衡中，降低振動值。轉子振動信號的相位測量要求轉子在每一個轉彎處轉動一個參考信號。信號被定義為零參考信號。如果轉子不平衡、振幅、相位和速度參考信號位置有一定的關系。轉子的粗略測量和轉子振動的振幅與相位之間的關系與平衡系數有關[4]。

3 結論

本文分析了航空發動機飛行試驗的振動分析，確定了預處理、振動信號幅度域、時域分析、算法的具體內容及其實現過程，概述了飛機發動機振動信號的主要應用，分析了飛機發動機振動信號的應用范圍，并主要介紹了發動機振動在線監測、故障診斷、動態平衡的關鍵技術。航空發動機的設計、制造和測試為中國航空發動機的發展提供了一個有效的工具。

[1]閻成鴻.航空發動機振動信號分析[J].微計算機信息，2007，23（8）：313-314.

[2]馮健朋.航空發動機振動信號應用介紹[J].信息系統工程，2015，7（20）：86-87.

[3]尉詢楷，李應紅.航空發動機狀態監控與診斷現狀及發展趨勢[J].控制工程，2007，7（14）：83-87.

[4]馬建倉.航空發動機轉子振動信號的早期故障分析[J].計算機測量與控制，2010，18（2）：276-279.

Application Research on Vibration Signals of Aero Engines

Mou Jingang Li Zhiyuan Gao Haikuo Liu Ben
School of Aeronautical Engineering, Binzhou University, Shandong Binzhou 256600

The paper studies on aeroengines vibration signals and the time domain, and summarizes scope of application of aeroengines vibration signalsin order to better design, improvement and provide a theoretical basis for the manufacturing engine.

aeroengines; vibration signal; fault diagnosis

TN911.7

A

1009-6434（2017）7-0005-02

李志遠（1983—），男，山東利津人，碩士，講師，從事航空信號處理研究。

濱州學院實驗技術研究項（BZXYSYXM201412）（BZXYSYXM201304）。