試論航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝和振動(dòng)控制

◎甄國(guó)志

振動(dòng)和噪聲是航空發(fā)動(dòng)機(jī)在使用期間比較常見的問題，控制振動(dòng)問題的方法比較多，每種方法都有其各自的特點(diǎn)，在實(shí)際操作時(shí)也存在一定的復(fù)雜性，最有效的控制方法就是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)期間注重質(zhì)量和工藝上的控制，保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用質(zhì)量，同時(shí)安裝時(shí)保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性并可以根據(jù)具體需要安裝減振器，為航空發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行提供保障。

一、航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝及控制問題

航空發(fā)動(dòng)機(jī)屬于一種結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的構(gòu)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(fā)動(dòng)機(jī)的裝卸難度，位置的精準(zhǔn)性很難得到保證從而影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用性能。本文對(duì)于現(xiàn)代航空設(shè)備發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)和造成發(fā)生的原因進(jìn)行了分析并提出了控制的相關(guān)對(duì)策。在安裝航空發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)需要保證周圍連接結(jié)構(gòu)的功能穩(wěn)定性。首先要保證飛行期間的牢固性不會(huì)出現(xiàn)位移情況，同時(shí)還需要具有隔振降噪的功能。由于發(fā)動(dòng)機(jī)的體積和重量比較大，對(duì)周圍構(gòu)件產(chǎn)生的作用力比較大，很容易使兩邊結(jié)構(gòu)出現(xiàn)位移的情況。而隔振和降噪功能則體現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)時(shí)能夠?qū)⒄駝?dòng)作用傳遞給其他構(gòu)件，以此來降低噪聲的產(chǎn)生。

要想達(dá)到以上標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)動(dòng)機(jī)和其他構(gòu)件的連接部位要達(dá)到一定的剛度，在運(yùn)行期間不會(huì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)的影響。另外，要想消減震動(dòng)和噪音，連接部位也需要具有一定的動(dòng)態(tài)柔軟性。這就需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此來協(xié)調(diào)連接部位兩種功能的矛盾性。要想進(jìn)一步提高發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝性則要盡量減少力的傳遞，通過安裝隔振器能夠?qū)φ駝?dòng)作用力進(jìn)行隔離。

二、航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)問題產(chǎn)生的原因

航空發(fā)動(dòng)機(jī)在安裝時(shí)如果出現(xiàn)安裝形式不合理，整體結(jié)構(gòu)不平衡的情況，就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)其他機(jī)體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，從而造成結(jié)構(gòu)振動(dòng)。如果發(fā)動(dòng)機(jī)安裝時(shí)的平衡性得不到保證，在飛行期間就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，這就會(huì)產(chǎn)生艙內(nèi)噪聲。

發(fā)動(dòng)機(jī)在出現(xiàn)振動(dòng)情況時(shí)會(huì)通過多種途徑傳遞到機(jī)身艙內(nèi)，如發(fā)動(dòng)機(jī)與吊掛的連接部位。

三、航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)噪聲的產(chǎn)生

航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲對(duì)機(jī)身艙內(nèi)的影響比較大，這類噪聲與空氣流和其他構(gòu)件產(chǎn)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(fā)動(dòng)機(jī)噪聲產(chǎn)生的影響則可以安裝隔振器。

四、傳遞率和性能比

當(dāng)我們?cè)谟懻撜駝?dòng)系統(tǒng)時(shí)，傳遞率是一個(gè)通用的術(shù)語，但用在描述剛性的大質(zhì)量體和基體相連時(shí)更為有效，而飛機(jī)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(gè)比值（用減噪的幅值表示，dB）。在描述隔振問題時(shí)，性能比比傳遞率更適用于飛機(jī)設(shè)計(jì)。

五、航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)

如果按照形式進(jìn)行劃分常用的隔離器主要有兩種，一種是被動(dòng)式隔離器另一種是主動(dòng)式隔離器。被動(dòng)式隔離器主動(dòng)通過柔性方法來減少振動(dòng)和噪聲的傳遞，常用的隔離器有粘性阻尼隔離器和調(diào)諧減震器等。而主動(dòng)式隔離器是通過機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)控制，不同的控制系統(tǒng)還可以綜合使用。目前現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中的振動(dòng)隔離方法主要有以下幾種：

第一，振動(dòng)隔離法，這種方法在應(yīng)用時(shí)直接將隔離器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的傳遞路徑中，將振動(dòng)作用力傳遞給系統(tǒng)中的其他結(jié)構(gòu)以此降低振動(dòng)對(duì)機(jī)身艙內(nèi)產(chǎn)生的影響。

第二，結(jié)構(gòu)隔離法，這種這種方法與振動(dòng)隔離法較為相似，也是將隔離器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)作用力的傳遞路徑上，但是不會(huì)將振動(dòng)作用力傳遞給其他結(jié)構(gòu)而是直接吸收振動(dòng)。

第三，主動(dòng)噪聲控制法，這種方法主要是對(duì)產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行控制，利用聲波消除噪音。

1.振動(dòng)隔離。

（1）硬連接結(jié)構(gòu)。硬連接接頭并沒有無限大的剛度，因此在將振動(dòng)傳遞給結(jié)構(gòu)時(shí)，在減少振動(dòng)方面也有一定的積極影響。硬連接的優(yōu)點(diǎn)是在靜載的傳遞分析上簡(jiǎn)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(gè)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?gòu)椈珊玫亩?；②相比其他技術(shù)，彈性材料成本較低；③可以傳遞多方向的力；④振動(dòng)傳遞率容易計(jì)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(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)特性設(shè)計(jì)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)載荷通過隔振器內(nèi)部接頭傳遞時(shí)，引起粘性阻尼隔振器內(nèi)部壓力的變化，從而使接頭更容易產(chǎn)生移動(dòng)。這樣就減少了傳遞到發(fā)動(dòng)機(jī)安裝結(jié)構(gòu)上的力，達(dá)到減少艙內(nèi)噪聲的目的。

（4）主動(dòng)粘性隔振器。主動(dòng)粘性隔振器是被動(dòng)粘性阻尼隔振器與機(jī)電作動(dòng)器的結(jié)合體，在粘性阻尼隔振器的粘性液體艙室內(nèi)布置作動(dòng)器，從而控制接頭的動(dòng)態(tài)剛度。

2.結(jié)構(gòu)隔離。

調(diào)諧減振器是被動(dòng)式的減震器，安裝在振動(dòng)結(jié)構(gòu)上?？梢哉J(rèn)為是一個(gè)典型的彈性系統(tǒng)。利用不同的形狀和材料可以適用于高達(dá)600HZ 的振動(dòng)。

調(diào)諧減振器使用于某些離散頻率。干擾頻率能夠引起調(diào)諧減振器共振。共振的調(diào)諧減振器產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)相反的力達(dá)到減少振動(dòng)的目的。當(dāng)調(diào)諧減振器正確布置在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝結(jié)構(gòu)上，可以有效的減少調(diào)諧頻率下的振動(dòng)。

3.主動(dòng)噪聲控制法。

主動(dòng)噪聲控制法利用艙內(nèi)布置的揚(yáng)聲器制造出第二聲場(chǎng)，第二聲場(chǎng)與發(fā)動(dòng)機(jī)或螺旋槳產(chǎn)生的主聲場(chǎng)相互抵消。主動(dòng)噪聲控制法的應(yīng)用需要滿足兩個(gè)條件：第一，需要消除的噪聲頻率范圍的聲學(xué)響應(yīng)必須保持輕微的阻尼和低的模態(tài)密度，當(dāng)這個(gè)條件滿足時(shí)，布置在艙內(nèi)的揚(yáng)聲器才可以用來減少噪聲。第二，揚(yáng)聲器應(yīng)該布置在離散噪聲源的四分之一波長(zhǎng)處。

這種噪聲控制方法想要對(duì)全艙的噪聲進(jìn)行控制則存在一定的難度，但是可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行局部的控制工作，主要是基于可控麥克風(fēng)的應(yīng)用來消除一定范圍內(nèi)的噪聲。

結(jié)語：航空發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)問題存在一定的復(fù)雜性，在發(fā)展期間控制方式也從也被動(dòng)式的彈性接頭到主動(dòng)振動(dòng)控制系統(tǒng)，在實(shí)際應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)中時(shí)操作上都存在一定的難度。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)安裝設(shè)計(jì)的過程中，則可以將先進(jìn)技術(shù)方法和安裝手段應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝作業(yè)中，提高安裝效率的同時(shí)滿足飛機(jī)裝配需求，以降低振動(dòng)和噪聲問題的產(chǎn)生。要根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)安裝、機(jī)體結(jié)構(gòu)等實(shí)際情況選擇針對(duì)性的振動(dòng)控制方法，使其能夠滿足航空設(shè)備飛行需要。