航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)措施探析

孟俊

(東方航空技術(shù)有限公司，上海 201207)

1 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)的設(shè)計(jì)過程

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，要對(duì)具體元件的設(shè)計(jì)流程予以分析和判定，從而整合相關(guān)數(shù)據(jù)信息，建構(gòu)完善的數(shù)據(jù)處理策略。首先，要評(píng)估轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)予以判定，集中保證I階彎曲臨界轉(zhuǎn)速能在最大工作轉(zhuǎn)速以上，采用最有效的裕度管理結(jié)構(gòu)，確保工作轉(zhuǎn)速的實(shí)效性。其次，要設(shè)定臨界轉(zhuǎn)速，集中調(diào)整相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)，維護(hù)初始方案基礎(chǔ)水平，利用動(dòng)力學(xué)影響分析方法提高設(shè)計(jì)效率。再次，要有效評(píng)估轉(zhuǎn)子的不平衡響應(yīng)敏感性結(jié)構(gòu)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)間隙合理分布布局更加有效。最后，消除動(dòng)力學(xué)特性中一部分不穩(wěn)定因素，處理頻率、限定數(shù)值以及相關(guān)條件之間的關(guān)系，避免危險(xiǎn)振動(dòng)的發(fā)生。

（1）結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)單元。在結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)單元中，要集中在轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)研究體系中，尤其是轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速問題方面，只有從根本上完善穩(wěn)定性，才能保證相關(guān)參數(shù)的實(shí)際價(jià)值。例如，某發(fā)動(dòng)機(jī)本身具備雙轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速結(jié)構(gòu)，由于沒有對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體性判定，就會(huì)出現(xiàn)機(jī)動(dòng)過載以及支點(diǎn)同心度不足的問題，這就需要相關(guān)研究人員對(duì)其進(jìn)行必要的分析和研究，耦合系統(tǒng)振動(dòng)特性出現(xiàn)偏差。另外，在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)項(xiàng)目運(yùn)行過程中，也要集中開展線性系統(tǒng)振動(dòng)設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)中的結(jié)合面連接剛度參數(shù)、不平衡量參數(shù)以及阻尼參數(shù)等項(xiàng)目展開判定，非線性剛度和非線性阻尼都是關(guān)鍵的評(píng)斷依據(jù)。正是基于發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的不斷升級(jí)，要處理強(qiáng)非線性因素適應(yīng)度，就要對(duì)整體系統(tǒng)振動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合性控制。發(fā)動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)特征參數(shù)也要作為重點(diǎn)關(guān)注項(xiàng)目，集中分析概率分布結(jié)構(gòu)和處理效果。值得一提的是，結(jié)構(gòu)功能差組合參數(shù)、裝配過盈范圍參數(shù)以及溫度梯度參數(shù)等都要有效實(shí)現(xiàn)動(dòng)柔度分析?；诖?，相關(guān)技術(shù)人員為了避免航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制效果受損，就要將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力學(xué)整體結(jié)構(gòu)作為分析目標(biāo)對(duì)象，整合參數(shù)裝配效果的基礎(chǔ)上，研究振動(dòng)響應(yīng)特征以及相關(guān)力學(xué)結(jié)構(gòu)的機(jī)理部分，為后續(xù)設(shè)計(jì)方案的全面升級(jí)提供保障。

（2）支承連接系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)單元。動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)為很多人有效識(shí)別航空發(fā)動(dòng)機(jī)分析精度重點(diǎn)和難點(diǎn)提供了基本方法，但是，存在支點(diǎn)準(zhǔn)確性以及連接結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)柔度不符合的問題。由于實(shí)測(cè)支點(diǎn)的精柔度十分關(guān)鍵，因此，要對(duì)影響參數(shù)實(shí)際水平的因素予以關(guān)注，避免零件變形，尤其是軸承和游隙進(jìn)行分析，確保能有效提高數(shù)據(jù)分析的完整性。在常規(guī)化數(shù)據(jù)分析范圍內(nèi)，臨界轉(zhuǎn)速參數(shù)對(duì)于支點(diǎn)的柔度十分的敏感，基于此，要建立有效的靜子支承結(jié)構(gòu)分析體系，將工作狀態(tài)下溫度參數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)，集中處理振動(dòng)測(cè)試項(xiàng)目，對(duì)兩者的變化關(guān)系予以關(guān)注，在及時(shí)分析問題的基礎(chǔ)上，制定切實(shí)有效的處理措施。需要注意的是，多數(shù)技術(shù)成果顯示，在研究支承連接系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)單元時(shí)，預(yù)緊力控制機(jī)制、摩擦力性能控制結(jié)構(gòu)等都是非常關(guān)鍵的因素，要結(jié)合國家規(guī)定的相關(guān)螺栓設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，將直徑參數(shù)、模擬數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)以及相關(guān)因素作為重點(diǎn)。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)的裝配過程

技術(shù)人員也要對(duì)裝配工藝進(jìn)行分析，整合系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制，確保其能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)達(dá)到安全可靠性，完成機(jī)械設(shè)計(jì)效能需求。需要注意的是，在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)形式以及工作環(huán)境予以判定的同時(shí)，提高特征參數(shù)分析水平，維護(hù)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的應(yīng)用價(jià)值，尤其是對(duì)零件跳動(dòng)規(guī)律、零件之間的配合結(jié)構(gòu)、同心度以及不平衡量等參數(shù)進(jìn)行分析。要想從根本上維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)排除故障的水平，就要對(duì)系統(tǒng)控制水平展開深度調(diào)研，避免不穩(wěn)定性對(duì)其常規(guī)化管理造成影響。

第一，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)主要影響參數(shù)，將加工過程、裝配過程以及裝配體系內(nèi)公差等控制在變化范圍內(nèi)，從而全面分析特征參數(shù)的變化結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)生的影響。技術(shù)人員要對(duì)工藝參數(shù)以及機(jī)體整體特征予以確定，從而完善關(guān)鍵因素的處理機(jī)制。在影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)的因素中，不平衡量、不同心度以及連續(xù)剛度、支承剛度參數(shù)是最為關(guān)鍵的參數(shù)體系，需要建立針對(duì)性較強(qiáng)的處理機(jī)制和分析策略。例如，轉(zhuǎn)子不平衡的關(guān)系會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)運(yùn)行和安裝流程產(chǎn)生影響。

第二，對(duì)于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特征項(xiàng)目進(jìn)行分析的過程中，也要整合振動(dòng)參數(shù)的實(shí)際水平，完善影響的不平衡量，確保參數(shù)分析水平的最優(yōu)化。一方面，結(jié)構(gòu)裝配工藝自身的復(fù)雜性決定了技術(shù)運(yùn)行過程需要相關(guān)技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督，尤其是對(duì)慣性力、熱梯度、摩擦以及螺栓預(yù)緊力等荷載參數(shù)，只有滿足剛度連接效果，才能在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)確保相關(guān)力學(xué)結(jié)構(gòu)指導(dǎo)受到影響。軸承配合過程要達(dá)到事宜的范圍內(nèi)，從而分清溫度參數(shù)、濕度參數(shù)、裝配時(shí)間等基礎(chǔ)性要素的適宜范圍，整合設(shè)計(jì)要求后，升級(jí)處理效率，為后續(xù)工作的全面落實(shí)提供保障。另一方面，要對(duì)結(jié)構(gòu)工藝參數(shù)和裝配參數(shù)的可測(cè)性以及可控性予以判定，保證相關(guān)問題的實(shí)效性，完善靜態(tài)集合結(jié)合參數(shù)，也為點(diǎn)線面處理效果的優(yōu)化奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，確保跳動(dòng)量分析結(jié)構(gòu)和附件管理效果的配合實(shí)效性。在維護(hù)裝配過程以及結(jié)構(gòu)參數(shù)的基礎(chǔ)上，可測(cè)性也更加貼合實(shí)際。

第三，要整合典型轉(zhuǎn)子同心度裝配優(yōu)化機(jī)制，維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)構(gòu)件設(shè)計(jì)要求，提高幾何項(xiàng)目和工藝參數(shù)的完整性，落實(shí)轉(zhuǎn)配管理體系，實(shí)現(xiàn)完善機(jī)制的同時(shí)，維護(hù)設(shè)計(jì)要求。技術(shù)人員要對(duì)裝配組合的力學(xué)容差要求進(jìn)行分析，確保滿足技術(shù)要求的同時(shí)，數(shù)據(jù)和振動(dòng)特性也能維持一致性。尤其是在裝配過程中，要整合優(yōu)化力學(xué)參數(shù)的完整性，確保振動(dòng)特性分析水平的重要性。另外，在轉(zhuǎn)子不同心度優(yōu)化過程中，要整合部件組合角度達(dá)到目標(biāo)，維護(hù)公差條件，完善仿真元素的裝配效果。除此之外，轉(zhuǎn)靜子不同心度也要得到優(yōu)化，落實(shí)有效的數(shù)據(jù)整合要求。結(jié)合不同心度大小以及相位參數(shù)，有效改善元件的調(diào)節(jié)優(yōu)化性質(zhì)，優(yōu)化定位關(guān)系水平。若是出現(xiàn)不同心度數(shù)值增大，就要進(jìn)行統(tǒng)籌分解，調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)后改善不同心度的處理效果。

3 航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)的驗(yàn)證

在對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證的同時(shí)，也要對(duì)檢測(cè)技術(shù)實(shí)際情況的滿足參數(shù)予以判定，維護(hù)整體振動(dòng)特性的同時(shí)，保證實(shí)現(xiàn)故障處理效果的最優(yōu)化。

第一，要對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行測(cè)試技術(shù)分析，維護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的振動(dòng)形態(tài)，集中處理幾何尺寸和支點(diǎn)布局結(jié)構(gòu)，尤其要對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)的彈性支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)速范圍的控制，維護(hù)轉(zhuǎn)速效果和結(jié)構(gòu)形式的分析效果。在對(duì)航空發(fā)動(dòng)結(jié)構(gòu)一般性轉(zhuǎn)速振動(dòng)曲線共振點(diǎn)予以分析時(shí)，也要集中處理非接觸性位移傳感結(jié)構(gòu)，有效檢測(cè)出轉(zhuǎn)子軸向的實(shí)際相位參數(shù)。目前，較為常見的測(cè)試方式主要分為加速度、應(yīng)變計(jì)聯(lián)合測(cè)試法以及非接觸式激光位移測(cè)試法，前者要對(duì)傳感器附加質(zhì)量影響因素進(jìn)行分析，結(jié)合差異性環(huán)境制定差異性測(cè)試方案，能在對(duì)軸向振型予以判定的基礎(chǔ)上，維護(hù)應(yīng)變參數(shù)的穩(wěn)定性。后者則要借助動(dòng)態(tài)變形以及靜態(tài)變形進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)的管控，尤其是對(duì)風(fēng)扇匣軸向變形數(shù)值進(jìn)行測(cè)定，從而維護(hù)多視角變形分析水平，維護(hù)加載條件下大型柱狀結(jié)構(gòu)的應(yīng)變分布水平，為后續(xù)工作的全面開展提供保障。

第二，也要對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)故障的特征和表現(xiàn)進(jìn)行驗(yàn)證，在發(fā)現(xiàn)振動(dòng)轉(zhuǎn)速面積增大、轉(zhuǎn)速頻譜豐富性增大以及頻率低于轉(zhuǎn)子基頻等問題后，集中進(jìn)行校對(duì)處理。研發(fā)精度參數(shù)更加有效的大型盤軸系統(tǒng)，驗(yàn)證裝配參數(shù)的穩(wěn)定性和實(shí)效性。

第三，要對(duì)機(jī)匣支承結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性進(jìn)行測(cè)試，轉(zhuǎn)子不平衡力以及內(nèi)流等參數(shù)都是基本的影響因素，由于振動(dòng)會(huì)涉及自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，因此，要避免功能衰減問題，提高研究效率。

4 結(jié)語

總而言之，在研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)控制技術(shù)的過程中，要整合研究經(jīng)驗(yàn)和高性能需求，維護(hù)計(jì)算機(jī)技術(shù)以及測(cè)試技術(shù)的實(shí)效性，也為后續(xù)可控性裝配水平提升提供保障，維護(hù)裝配工藝水平研究機(jī)制的同時(shí)，優(yōu)化實(shí)效性和實(shí)用性價(jià)值，整合特性的同時(shí)，保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體振動(dòng)問題得以控制，維護(hù)論證實(shí)效性。

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