民用航空發動機振動監測方法的思考

魯洋

【摘 要】隨著國家經濟和科技的進步，民用航空也得以進一步地發展，成為主要的交通運輸方式，對主要構件發動機的維護也逐漸從定期檢修向振動狀態監測轉變，很大程度上提高了結構故障檢測的精確度，保證了飛行安全。本文從航空發動機震動檢測的原理和特點出發，詳細地分析了振動監測方法。

【關鍵詞】民用航空；發動機；振動檢測；方法

一、前言

現階段，我國正在研究和發展航空發動機生產產業，以推進航空業的發展和系統運行的穩定，而發動機振動的發生不僅給研發工作帶來了阻礙，也影響了飛行安全，不利于民用航空的發展。為此，深入剖析發動機振動監測方法具有重要的現實意義。

二、民用航空發動機振動監測原理和特點

民用航空指的是使用各類航空器進行非軍事性質的一切航空活動，由政府部門、民航企業、民航機場三大部分組成。自七十年代以后，發展的速度逐漸加快，國際和國內的航線總數可以達到二百條以上，并仍在不斷地增加。面對發展速度和數量的不斷擴大，對發動機的要求也有所提高。據不完全統計，從2000年到2016年為止，民用航空發動機產量，整體市場從2000年的約14，000臺發動機增長到2016年的近27，000臺發動機，增幅超過92%。但隨著發動機使用的頻率不斷增加，振動問題也逐漸顯化，需要專業化的監測技術方法進行問題的判斷和處理[1]。

目前，民用航空發動機振動監測使用的方法主要就是在發動機部件上安裝發動機振動監控組件（Engine Vibration Monitoring Unit），簡稱EVMU，監測的原理是根據加裝在發動機上的加速度檢測儀表對振動的數值變化進行測試和記錄。需注意地是發動機發生振動的位置，具有很強的激振力，也就是由回轉、不平衡質量作為振動系統的振動源產生的周期性振動頻率，需要將加速度檢測儀表安裝在接近振動源頭的位置，像安裝的節點、機匣的對接面等位置都是常暗星安裝儀表的位置。簡單來說，監測原理就是通過加速度計--電荷放大器--抗混濾波器--記錄器--模數轉換器--振動計算機的流程結構，實現對振動的監測。從監測的特點來看，處理的信號波段多、監測次數和連續性高、數據記錄的歷史對比以及監測系統的通用性強，都是民用航空發動機監測需要具備的性能。

三、航空發動機振動監測方法分析

民用航空發動機對航空運行安全的重要性無需贅言，振動作為影響發動機作業的關鍵問題，需要采用有效的監測方法對問題的發生進行控制，在實際應用振動監測方法時，需要從以下的幾點出發。

1、發動機振動監控組件監測

安裝發動機振動監測組件（EVMU）對振動進行檢測是比較常見的方式，監測原理和步驟上都比較簡單，實際監測的過程中，可以從三個方面入手，提高檢測的效率和準確度。

（1）明確EVMU的主要功能

想要充分地發揮EVMU的振動監測功能，就需要發動機振動監測組件的功能有清楚地認識，以便對各項監測數據和工作程序形成正確地認知。從主要功能的角度來看，一是信號的接受和傳輸依靠加速度計完成。發電機振動監測組件中，加速度計是重要的組成部分，可以對振動信號進行收集和記錄，并將獲取的數據在轉速信號驅動的作用下，形成中心頻率的波形軌跡，傳輸給監測組件的中心系統，經過對速度信號的處理得出發動機振動的基本情況后，由ARINC429數據總線協議以脈沖形式發送給飛機系統。二是，信息自檢功能。EVMU監測方法是在專業化的系統平臺上運行，具有高度的信息自檢性能，并且可以將檢測的振動信息進行存儲和提取，可以使用的信息檢索工具主要是諸如相變存儲（PCM）、磁阻式隨機存儲（MRAM）以及阻變式存儲（RRAM）等非易失性存儲技術。三是，地面狀態檢測。EVMU監測的最后一點功能就是對地面狀態的檢測，通過對以往記錄的發動機振動信息參數數據，利用基于編程實現的配平計算軟件得出精準的發動機配平數據，經由ARINC429總線把信息傳輸給飛機操作倉后或維修人員[2]。

（2）監測算法

振動檢測組件監測的發動機相關數據信息，需要通過一系列的監測數值算法得出準確的數據信息，一般可以分成振動數值測量、處理、故障特征分析和狀態識別是四種，相關的監測算法也是以這四點為主要的處理內容。其一，振動數值的測量。通常情況下，民用航空發動機振動測量地過程中，需要對不同的振動測點進行布置和測量，并對記錄地數據進行總結和處理得出各個測點的加速度頻率波譜，進而對發動機的整體運行情況形成清楚地認識，采用精確度較高的窗口函數算法，得出振動的數值。其二，振動數值的處理。利用相應的函數算法得出振動數值后，需要將信息數據整理成為對應的波形圖示，并分別對垂直波形和加速度均方根與轉速的關系加以分析，采取二次拋物曲線的計算方式，對振動的二級慣性力進行運算。其三，故障特征分析。經過上述的兩個步驟，發動機振動的數據基本獲取完成，在進行故障特征分析的過程中，可以結合民用航空發動機的規定振動總量，與收集和計算的數值進行比對，判斷實際振動數值是否超出標準，借此判斷故障發生的種類。其四，狀態識別。這一監測內容是綜合了振動信號計算結果和故障特征分析得出的數據，能在此基礎上判斷發動機的狀態和故障趨勢，主要是通過計算機算法實現。

2、發動機葉片受損監測

發動機作為飛機中推進系統的一個組成部分，是一種高度復雜和精密的熱力機械，它的造價要遠遠的高于飛機中的其他部件，而葉片是組成發動機結構的關鍵，主要有扇葉、壓氣機葉片、高壓渦輪葉片和低壓渦輪葉片四種。飛機在長期地運行的過程中，葉片會出現不同程度的磨損，也會導致發動機振動的發生。通常情況下，葉片磨損的越嚴重，振動值也越高，在正常磨損范圍內振動值一般在2.0以下。因葉片磨損與振動值存在正相關的關系，通過對葉片磨損程度的檢測方法也可以達到發動機振動檢測的目的。監測的過程中，需對葉片正常磨損的范圍內的油門桿角度變化時的振動值進行監測，并根據時間和磨損程度對振動值的變化進行記錄了，經數據對比得出振動值和處理方法。

除此之外，發動機振動監測是在完整的電子系統中運行，可以利用定位監測系統對運行的狀況進行檢測，及時的掌握發生振動故障的位置，快速的解決問題。為了有效的減少振動故障監測過程中的錯誤，可以運用雙向的線路，提高安全性和強度。而且，可以在發動機的不同測點上增加監測裝置，并設置開關，如果部分區域發生振動異常的情況，可以及時關閉開關，不對總的發動機線路造成影響同時，民用航空部門要對內部的監測工作進行整改，使不同的部門負責不敢不同的工作內容，并將責任下分到每個人。這樣可以確保在檢測過程中，能夠迅速的找出振動異常所在，如需追究責任也會比較方便。責任制的使用可以更加有效的增強員工的責任感和使命感，促使員工工作的認真和主動，提高發動機振動監測工作的效率。

四、結語

總而言之，民用航空是社會經濟發展和全球化的必然要求，極大地降低了空間的局限，發動機作為關鍵性的動力部件，對振動的監測工作至關重要，在實際的監測過程中，可以借鑒上文提到的幾種方法，促進航空運行的穩定安全發展。

【參考文獻】

[1]陳果，馮國權，姜廣義.航空發動機葉片-機匣碰摩故障的機匣振動加速度特征分析及驗證[J].航空發動機，2016，40（01）：10-16+78.

[2]張群巖，刁學敏，李成剛等.航空發動機試飛振動監測結果的圖解分析方法[J].硅谷，2015，26（20）：170-171.