試論航空發動機的安裝和振動控制

◎甄國志

振動和噪聲是航空發動機在使用期間比較常見的問題，控制振動問題的方法比較多，每種方法都有其各自的特點，在實際操作時也存在一定的復雜性，最有效的控制方法就是在航空發動機生產期間注重質量和工藝上的控制，保證航空發動機的應用質量，同時安裝時保證整體結構的穩定性并可以根據具體需要安裝減振器，為航空發電機的正常運行提供保障。

一、航空發動機的安裝及控制問題

航空發動機屬于一種結構較為復雜的構件，整體體積比較大且安裝空間有限，這就在一定程度上提高了發動機的裝卸難度，位置的精準性很難得到保證從而影響航空發動機的使用性能。本文對于現代航空設備發動機振動和造成發生的原因進行了分析并提出了控制的相關對策。在安裝航空發動機時需要保證周圍連接結構的功能穩定性。首先要保證飛行期間的牢固性不會出現位移情況，同時還需要具有隔振降噪的功能。由于發動機的體積和重量比較大，對周圍構件產生的作用力比較大，很容易使兩邊結構出現位移的情況。而隔振和降噪功能則體現在發動機發生振動時能夠將振動作用傳遞給其他構件，以此來降低噪聲的產生。

要想達到以上標準，發動機和其他構件的連接部位要達到一定的剛度，在運行期間不會受到發動機的影響。另外，要想消減震動和噪音，連接部位也需要具有一定的動態柔軟性。這就需要對發動機的安裝進行優化設計，以此來協調連接部位兩種功能的矛盾性。要想進一步提高發動機的安裝性則要盡量減少力的傳遞，通過安裝隔振器能夠對振動作用力進行隔離。

二、航空發動機振動問題產生的原因

航空發動機在安裝時如果出現安裝形式不合理，整體結構不平衡的情況，就會出現振動現象對其他機體結構產生影響，從而造成結構振動。如果發動機安裝時的平衡性得不到保證，在飛行期間就會出現轉動的情況，這就會產生艙內噪聲。

發動機在出現振動情況時會通過多種途徑傳遞到機身艙內，如發動機與吊掛的連接部位。

三、航空發動機振動噪聲的產生

航空發動機振動而產生的噪聲對機身艙內的影響比較大，這類噪聲與空氣流和其他構件產生的噪音相比頻率較高，而且還具有特定的基頻和倍頻，要想降低發動機噪聲產生的影響則可以安裝隔振器。

四、傳遞率和性能比

當我們在討論振動系統時，傳遞率是一個通用的術語，但用在描述剛性的大質量體和基體相連時更為有效，而飛機上不存在這種邊界約束。性能比指軟安裝與硬安裝性能的一個比值（用減噪的幅值表示，dB）。在描述隔振問題時，性能比比傳遞率更適用于飛機設計。

五、航空發動機振動控制技術

如果按照形式進行劃分常用的隔離器主要有兩種，一種是被動式隔離器另一種是主動式隔離器。被動式隔離器主動通過柔性方法來減少振動和噪聲的傳遞，常用的隔離器有粘性阻尼隔離器和調諧減震器等。而主動式隔離器是通過機電系統進行主動控制，不同的控制系統還可以綜合使用。目前現代飛機發動機系統中的振動隔離方法主要有以下幾種：

第一，振動隔離法，這種方法在應用時直接將隔離器安裝在發動機振動的傳遞路徑中，將振動作用力傳遞給系統中的其他結構以此降低振動對機身艙內產生的影響。

第二，結構隔離法，這種這種方法與振動隔離法較為相似，也是將隔離器安裝在發動機振動作用力的傳遞路徑上，但是不會將振動作用力傳遞給其他結構而是直接吸收振動。

第三，主動噪聲控制法，這種方法主要是對產生的噪聲進行控制，利用聲波消除噪音。

1.振動隔離。

（1）硬連接結構。硬連接接頭并沒有無限大的剛度，因此在將振動傳遞給結構時，在減少振動方面也有一定的積極影響。硬連接的優點是在靜載的傳遞分析上簡單明了。

（2）彈性材料。剛度和阻尼是彈性材料接頭最重要的兩個屬性彈性材料接頭的好處是：①能提供良好的彈性和阻尼性能，比金屬彈簧好的多；②相比其他技術，彈性材料成本較低；③可以傳遞多方向的力；④振動傳遞率容易計算；⑤在高頻噪聲衰減方面比較有效。

（3）粘性阻尼隔振器。粘性阻尼隔振器依據發動機動態特性設計，當發動機載荷通過隔振器內部接頭傳遞時，引起粘性阻尼隔振器內部壓力的變化，從而使接頭更容易產生移動。這樣就減少了傳遞到發動機安裝結構上的力，達到減少艙內噪聲的目的。

（4）主動粘性隔振器。主動粘性隔振器是被動粘性阻尼隔振器與機電作動器的結合體，在粘性阻尼隔振器的粘性液體艙室內布置作動器，從而控制接頭的動態剛度。

2.結構隔離。

調諧減振器是被動式的減震器，安裝在振動結構上。可以認為是一個典型的彈性系統。利用不同的形狀和材料可以適用于高達600HZ 的振動。

調諧減振器使用于某些離散頻率。干擾頻率能夠引起調諧減振器共振。共振的調諧減振器產生與結構相反的力達到減少振動的目的。當調諧減振器正確布置在發動機安裝結構上，可以有效的減少調諧頻率下的振動。

3.主動噪聲控制法。

主動噪聲控制法利用艙內布置的揚聲器制造出第二聲場，第二聲場與發動機或螺旋槳產生的主聲場相互抵消。主動噪聲控制法的應用需要滿足兩個條件：第一，需要消除的噪聲頻率范圍的聲學響應必須保持輕微的阻尼和低的模態密度，當這個條件滿足時，布置在艙內的揚聲器才可以用來減少噪聲。第二，揚聲器應該布置在離散噪聲源的四分之一波長處。

這種噪聲控制方法想要對全艙的噪聲進行控制則存在一定的難度，但是可以根據實際情況進行局部的控制工作，主要是基于可控麥克風的應用來消除一定范圍內的噪聲。

結語：航空發動機的振動問題存在一定的復雜性，在發展期間控制方式也從也被動式的彈性接頭到主動振動控制系統，在實際應用到航空發動機運行系統中時操作上都存在一定的難度。在進行發動機安裝設計的過程中，則可以將先進技術方法和安裝手段應用到航空發動機的安裝作業中，提高安裝效率的同時滿足飛機裝配需求，以降低振動和噪聲問題的產生。要根據航空發動機安裝、機體結構等實際情況選擇針對性的振動控制方法，使其能夠滿足航空設備飛行需要。