航空發(fā)動機振動測試系統(tǒng)探討

郝思明

摘 要：為了保證航空發(fā)動機設(shè)備在振動測試方面有良好的效果，系統(tǒng)設(shè)計人員要能認(rèn)識到飛機發(fā)動機設(shè)備振動檢測結(jié)果數(shù)據(jù)對設(shè)備監(jiān)測工作的重要性，并能結(jié)合實際的檢測工作需要以及發(fā)動機設(shè)備振動特點，進行科學(xué)航空發(fā)動機設(shè)備振動檢測分析。本文就航空發(fā)動機設(shè)備振動檢測系統(tǒng)進行了分析。

關(guān)鍵詞：航空；測試；振動

現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展對航空方面發(fā)動機設(shè)備振動測試也產(chǎn)生了影響，通過新型電子設(shè)備的運用就能在保證發(fā)動機設(shè)備測試結(jié)準(zhǔn)確性的同時，簡化操作流程、提升檢測的效率，而由于發(fā)動機設(shè)備是飛機正常飛行的基礎(chǔ)，因此現(xiàn)代航空領(lǐng)域也對飛機發(fā)動機設(shè)備振動測試有更高的要求，需要設(shè)計人員能設(shè)計出更貼合測試實際需要的系統(tǒng)程序。

1 飛機發(fā)動機設(shè)備振動分析

在對飛機發(fā)動機設(shè)備進行振動分析檢測的時候，常會根據(jù)的種類以及特點進行劃分，將振動劃分為正弦類型振動、隨機類型振動、設(shè)備復(fù)合類型振動、設(shè)備掃描類型振動、設(shè)備定頻類型振動，這些振動類型基本涵蓋了在對飛機發(fā)動設(shè)備進行檢測階段所需要進行檢測的方面。而完成對發(fā)動機設(shè)備振動情況的檢測之后，常會使用振幅數(shù)值、振動速度數(shù)值以及加速度數(shù)值來對振動的實際情況進行描述。并且在振動測試當(dāng)中所獲得各種實驗數(shù)值不能直接被用來進行實驗分析，需要能對這些數(shù)據(jù)進行進一步的處理之后，這些數(shù)據(jù)才能被用作后續(xù)項目的研究。

試驗的原始記錄數(shù)據(jù)是參量的時間歷程（位移、速度或加速度等量值與時間的關(guān)系），通過直觀分析可將數(shù)據(jù)分為瞬態(tài)的，周期的、隨機或非隨機持續(xù)非周期的三種，進而在時域（包括時差域，即自變量為兩信號的時間差）、頻域或幅值域三大域中進行統(tǒng)計分析、相關(guān)分析和譜分析，從而得到表征時間歷程特征的各種函數(shù)，具體如圖1所示。

圖1 振動測量時間歷程分析

2 飛機發(fā)動機設(shè)備振動情況概述

在對飛機發(fā)動機設(shè)備進行振動分析的時候，振動檢測系統(tǒng)表現(xiàn)出了良好的效果，同時該系統(tǒng)也能被用作壓縮機設(shè)備、燃?xì)廨啓C設(shè)備、大功率發(fā)電機設(shè)備等大型旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備的檢測方面。在運用這一檢測系統(tǒng)進行設(shè)備檢測的時候，成功采用了頻域數(shù)據(jù)分析技術(shù)、時域數(shù)據(jù)分析技術(shù)，這樣更全面的檢測出各種設(shè)備異常運行情況的信息，促進設(shè)備數(shù)據(jù)檢測效果的提升。在檢測系統(tǒng)中融合了先進分析技術(shù)以及檢測理念之后，設(shè)備無論是在常規(guī)的運行狀態(tài)下，還是在設(shè)備處在加速運行、減速運行狀態(tài)的時候，都能借助設(shè)備的強大處理能力，精準(zhǔn)的捕捉關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)，比如設(shè)備實際轉(zhuǎn)速或者是相應(yīng)的振動信號，并能對這些數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理。

3 關(guān)于航空發(fā)動機設(shè)備振動檢測設(shè)備的需要

現(xiàn)代航空發(fā)動機設(shè)備的振動檢測裝置通常有兩種類型，一種是磁電類型的檢測設(shè)備，一種壓電類型的檢測設(shè)備，這兩種檢測設(shè)備在傳感器設(shè)備類型、索引信號范圍以及設(shè)備安裝位置方面都有一些特點。

3.1 硬件系統(tǒng)性能分析

在進行系統(tǒng)設(shè)計的時候，為了保證信息數(shù)據(jù)收集效果，該檢測系統(tǒng)使用NI公司所生產(chǎn)的，一款以USB總線為通信基礎(chǔ)的32通道類型說句采集卡，還搭配有16位類型的AD轉(zhuǎn)換器，在實際的設(shè)備運行中，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣率數(shù)值達了每秒2兆。同時，NI公司制造的裝置在進行讀寫的時候，通常是基于消息傳輸以及處理設(shè)備的智能化，這樣也就能實現(xiàn)USB裝置在數(shù)據(jù)傳輸方面的雙向高速傳輸。

3.2 振動檢測系統(tǒng)運行原理

在對振動參數(shù)進行分析的時候，通常會采用轉(zhuǎn)速換算方式以人工積分方式來對振動參數(shù)數(shù)據(jù)進行處理。

對于數(shù)據(jù)可以調(diào)用精密分析模塊進行靜態(tài)分析。具體有三種。a.時域波形分析，根據(jù)數(shù)據(jù)文件顯示整周期的振動波形和相應(yīng)的主要參數(shù)。b.頻譜分析，顯示時域信號經(jīng)傅里葉變換后得到的頻譜圖，給出主要分、倍頻幅值的數(shù)字表格。c.合成譜圖分析，顯示雙通道信號合成后得到的二維特征譜圖，如軸心軌跡、進動分析等。多通道并行采集，確保不丟失特征數(shù)據(jù)，同時對振動信號進行諧波分析、相位分析、軌跡分析，從振動信號中提取轉(zhuǎn)子運動的一、二、三階正、反進動量，充分利用了過渡狀態(tài)信息，提取明確的故障特征量，從而使得發(fā)動機振動監(jiān)測與故障分析系統(tǒng)具有較高技術(shù)的監(jiān)測可靠性和專用于發(fā)動機的針對性。

4 軟件設(shè)計工作分析

軟件設(shè)計采用了LabVIEW自帶的信號處理VI，對示波界面、權(quán)限管理等子VI進行了編程，對采樣頻率、階數(shù)以及帶通濾波截止頻率設(shè)置為輸入模式，使用人員可以根據(jù)測試對象不同進行配置，并對位移、速度的最大值以及峰值進行數(shù)值顯示，結(jié)合示波曲線可以更加直觀地了解實時的振動數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集程序如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集程序框

5 診斷處理分析

在對飛機發(fā)動機設(shè)備進行故障診斷的時候，以振動數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)診斷方式是最為有效的，并且也是目前使用頻率較高的檢測方式。在通過將現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理技術(shù)和振動檢測技術(shù)相結(jié)合，這樣就能在振動檢測器上顯示出發(fā)動機設(shè)備實際的運行情況，并借助計算機的強大處理能力對這些數(shù)據(jù)進行處理，在從眾多數(shù)據(jù)中提取出有價值的信息，最終準(zhǔn)確的判斷出發(fā)動機設(shè)備的運行情況。

在當(dāng)前的振動數(shù)據(jù)分析當(dāng)中，常使用的分析技術(shù)包括波形分析方式、數(shù)據(jù)頻譜分析方式、相位類型分析方式、運行趨勢分析方式以及進動類型分析方式，通過在實際的檢測中有效的使用上述各種分析方式，最終就能達到準(zhǔn)確掌握發(fā)動機運行狀態(tài)下各項數(shù)據(jù)的參數(shù)。

高壓或低壓轉(zhuǎn)子的不平衡；發(fā)動機轉(zhuǎn)子的熱彎曲；發(fā)動機低壓轉(zhuǎn)子同心度裝配；轉(zhuǎn)動件與靜子件碰摩，密封裝置，葉片磨損；附件傳動齒輪、軸承損壞；軸承座連接松動，轉(zhuǎn)子支撐結(jié)構(gòu)存在間隙；彈支剛度變化；擠壓油膜阻尼器裝配不當(dāng)。

結(jié)束語

本系統(tǒng)以PCI-6363為硬件平臺，LabVIEW2011為開發(fā)軟件。用戶自定義采樣率和脈沖參數(shù)，采集速度最高可達2M/s。結(jié)果表明，本系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)對模擬輸入信號的高速數(shù)據(jù)采集，而且能將采集的數(shù)據(jù)以實時圖形的方式正確地顯示，具有較高的精度并采用了同步技術(shù)，從另外一個角度解決了在文本編程語言下實時圖形繪制難的問題。系統(tǒng)的擴展性好，應(yīng)用面廣，可實現(xiàn)對發(fā)動機維修中其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動參數(shù)的測量和分析。

參考文獻

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