航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)探討

郝思明

摘 要：為了保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備在振動(dòng)測(cè)試方面有良好的效果，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員要能認(rèn)識(shí)到飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備監(jiān)測(cè)工作的重要性，并能結(jié)合實(shí)際的檢測(cè)工作需要以及發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)特點(diǎn)，進(jìn)行科學(xué)航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)分析。本文就航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：航空；測(cè)試；振動(dòng)

現(xiàn)代電子設(shè)備的發(fā)展對(duì)航空方面發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)測(cè)試也產(chǎn)生了影響，通過(guò)新型電子設(shè)備的運(yùn)用就能在保證發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備測(cè)試結(jié)準(zhǔn)確性的同時(shí)，簡(jiǎn)化操作流程、提升檢測(cè)的效率，而由于發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備是飛機(jī)正常飛行的基礎(chǔ)，因此現(xiàn)代航空領(lǐng)域也對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)測(cè)試有更高的要求，需要設(shè)計(jì)人員能設(shè)計(jì)出更貼合測(cè)試實(shí)際需要的系統(tǒng)程序。

1 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)分析

在對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)分析檢測(cè)的時(shí)候，常會(huì)根據(jù)的種類(lèi)以及特點(diǎn)進(jìn)行劃分，將振動(dòng)劃分為正弦類(lèi)型振動(dòng)、隨機(jī)類(lèi)型振動(dòng)、設(shè)備復(fù)合類(lèi)型振動(dòng)、設(shè)備掃描類(lèi)型振動(dòng)、設(shè)備定頻類(lèi)型振動(dòng)，這些振動(dòng)類(lèi)型基本涵蓋了在對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)階段所需要進(jìn)行檢測(cè)的方面。而完成對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)情況的檢測(cè)之后，常會(huì)使用振幅數(shù)值、振動(dòng)速度數(shù)值以及加速度數(shù)值來(lái)對(duì)振動(dòng)的實(shí)際情況進(jìn)行描述。并且在振動(dòng)測(cè)試當(dāng)中所獲得各種實(shí)驗(yàn)數(shù)值不能直接被用來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，需要能對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理之后，這些數(shù)據(jù)才能被用作后續(xù)項(xiàng)目的研究。

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

圖1 振動(dòng)測(cè)量時(shí)間歷程分析

2 飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)情況概述

在對(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)分析的時(shí)候，振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)表現(xiàn)出了良好的效果，同時(shí)該系統(tǒng)也能被用作壓縮機(jī)設(shè)備、燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)備、大功率發(fā)電機(jī)設(shè)備等大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的檢測(cè)方面。在運(yùn)用這一檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備檢測(cè)的時(shí)候，成功采用了頻域數(shù)據(jù)分析技術(shù)、時(shí)域數(shù)據(jù)分析技術(shù)，這樣更全面的檢測(cè)出各種設(shè)備異常運(yùn)行情況的信息，促進(jìn)設(shè)備數(shù)據(jù)檢測(cè)效果的提升。在檢測(cè)系統(tǒng)中融合了先進(jìn)分析技術(shù)以及檢測(cè)理念之后，設(shè)備無(wú)論是在常規(guī)的運(yùn)行狀態(tài)下，還是在設(shè)備處在加速運(yùn)行、減速運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，都能借助設(shè)備的強(qiáng)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(shí)際轉(zhuǎn)速或者是相應(yīng)的振動(dòng)信號(hào)，并能對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3 關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的需要

現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的振動(dòng)檢測(cè)裝置通常有兩種類(lèi)型，一種是磁電類(lèi)型的檢測(cè)設(shè)備，一種壓電類(lèi)型的檢測(cè)設(shè)備，這兩種檢測(cè)設(shè)備在傳感器設(shè)備類(lèi)型、索引信號(hào)范圍以及設(shè)備安裝位置方面都有一些特點(diǎn)。

3.1 硬件系統(tǒng)性能分析

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了保證信息數(shù)據(jù)收集效果，該檢測(cè)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(lèi)型說(shuō)句采集卡，還搭配有16位類(lèi)型的AD轉(zhuǎn)換器，在實(shí)際的設(shè)備運(yùn)行中，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采樣率數(shù)值達(dá)了每秒2兆。同時(shí)，NI公司制造的裝置在進(jìn)行讀寫(xiě)的時(shí)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(shí)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(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行原理

在對(duì)振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行分析的時(shí)候，通常會(huì)采用轉(zhuǎn)速換算方式以人工積分方式來(lái)對(duì)振動(dòng)參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

對(duì)于數(shù)據(jù)可以調(diào)用精密分析模塊進(jìn)行靜態(tài)分析。具體有三種。a.時(shí)域波形分析，根據(jù)數(shù)據(jù)文件顯示整周期的振動(dòng)波形和相應(yīng)的主要參數(shù)。b.頻譜分析，顯示時(shí)域信號(hào)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(hào)合成后得到的二維特征譜圖，如軸心軌跡、進(jìn)動(dòng)分析等。多通道并行采集，確保不丟失特征數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行諧波分析、相位分析、軌跡分析，從振動(dòng)信號(hào)中提取轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的一、二、三階正、反進(jìn)動(dòng)量，充分利用了過(guò)渡狀態(tài)信息，提取明確的故障特征量，從而使得發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障分析系統(tǒng)具有較高技術(shù)的監(jiān)測(cè)可靠性和專(zhuān)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的針對(duì)性。

4 軟件設(shè)計(jì)工作分析

軟件設(shè)計(jì)采用了LabVIEW自帶的信號(hào)處理VI，對(duì)示波界面、權(quán)限管理等子VI進(jìn)行了編程，對(duì)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(cè)試對(duì)象不同進(jìn)行配置，并對(duì)位移、速度的最大值以及峰值進(jìn)行數(shù)值顯示，結(jié)合示波曲線可以更加直觀地了解實(shí)時(shí)的振動(dòng)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(duì)飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備進(jìn)行故障診斷的時(shí)候，以振動(dòng)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(cè)方式。在通過(guò)將現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理技術(shù)和振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，這樣就能在振動(dòng)檢測(cè)器上顯示出發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備實(shí)際的運(yùn)行情況，并借助計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大處理能力對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在從眾多數(shù)據(jù)中提取出有價(jià)值的信息，最終準(zhǔn)確的判斷出發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)備的運(yùn)行情況。

在當(dāng)前的振動(dòng)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(lèi)型分析方式、運(yùn)行趨勢(shì)分析方式以及進(jìn)動(dòng)類(lèi)型分析方式，通過(guò)在實(shí)際的檢測(cè)中有效的使用上述各種分析方式，最終就能達(dá)到準(zhǔn)確掌握發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下各項(xiàng)數(shù)據(jù)的參數(shù)。

高壓或低壓轉(zhuǎn)子的不平衡；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的熱彎曲；發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子同心度裝配；轉(zhuǎn)動(dòng)件與靜子件碰摩，密封裝置，葉片磨損；附件傳動(dòng)齒輪、軸承損壞；軸承座連接松動(dòng)，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(yǔ)

本系統(tǒng)以PCI-6363為硬件平臺(tái)，LabVIEW2011為開(kāi)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(dá)2M/s。結(jié)果表明，本系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬輸入信號(hào)的高速數(shù)據(jù)采集，而且能將采集的數(shù)據(jù)以實(shí)時(shí)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(gè)角度解決了在文本編程語(yǔ)言下實(shí)時(shí)圖形繪制難的問(wèn)題。系統(tǒng)的擴(kuò)展性好，應(yīng)用面廣，可實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)維修中其他旋轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)參數(shù)的測(cè)量和分析。

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