航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車現(xiàn)場振動(dòng)測(cè)量的干擾與排除 Interference and Elimination of On-site Vibration Measurement for Aeroengine Test Run

曹雋 CAO Jun 李劍楠 LI Jian-nan

摘要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)有著內(nèi)在的復(fù)雜構(gòu)架，高溫運(yùn)轉(zhuǎn)之中的這類發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)常凸顯振動(dòng)，應(yīng)當(dāng)依循動(dòng)力學(xué)特有的根本機(jī)理予以測(cè)量。在試車現(xiàn)場中，要采納振動(dòng)測(cè)試這樣的技術(shù)來調(diào)控發(fā)動(dòng)機(jī)常態(tài)的振動(dòng)，排除振動(dòng)的干擾。優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)在的裝配流程，提升了測(cè)量振動(dòng)的精準(zhǔn)性。對(duì)于此，解析了試車現(xiàn)場測(cè)量振動(dòng)的常見干擾，采納最適宜的排除方式。

Abstract： Aeroengine has inherent complex structure. The vibration of this kind of engine often shows in high temperature running. It should be measured according to the basic mechanism of dynamics. In the test site， vibration test should be adopted to control the normal vibration of the engine and eliminate the interference of vibration. Optimization of the internal engine assembly process， improve the accuracy of vibration measurement. For this reason， the common interference of vibration measurement in test run is analyzed， and the most suitable elimination method is adopted.

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī);試車現(xiàn)場;振動(dòng)測(cè)量;干擾;排除

Key words： aeroengine;test site;vibration measurement;interference;elimination

中圖分類號(hào)：V263.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）22-0135-02

0? 引言

航空飛機(jī)的飛行安全性是航空領(lǐng)域在研究過程中最為重要的問題之一，航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為影響飛機(jī)飛行情況的重要因素。為了能夠確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，需要針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施試車試驗(yàn)，對(duì)其性能水平、適用性、耐久性等進(jìn)行評(píng)估。航空發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)在架構(gòu)較為復(fù)雜，旋轉(zhuǎn)起來的速率也很快。不平衡氣流之下，轉(zhuǎn)子振蕩帶來了后續(xù)的整機(jī)振蕩，這種振動(dòng)顯現(xiàn)了隨機(jī)的特性。常規(guī)狀態(tài)下，局部發(fā)動(dòng)機(jī)凸顯了較高的總溫度，受到電磁的、油霧等的干擾，振動(dòng)測(cè)量由此增添了疑難。針對(duì)試車的流程，要現(xiàn)場測(cè)定精準(zhǔn)的振動(dòng)值，選取最適宜的測(cè)量儀及傳感器。解析測(cè)量流程內(nèi)的多樣干擾，這樣的基礎(chǔ)之上才可著手去排除，保證振動(dòng)測(cè)量活動(dòng)的有序進(jìn)行。

1? 航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車現(xiàn)場振動(dòng)測(cè)量技術(shù)概述

試車振動(dòng)含有雙重的測(cè)量流程：第一類流程為，先要預(yù)設(shè)特定帶寬，而后經(jīng)由PID特有的步驟來處理交變信號(hào);第二類流程為，依循動(dòng)態(tài)分析可得的信息來解析頻譜，辨識(shí)各時(shí)段內(nèi)的振動(dòng)信號(hào)[1]。構(gòu)建了采集數(shù)據(jù)依循的專門體系，在最大范疇內(nèi)縮減潛在的測(cè)量干擾。發(fā)動(dòng)機(jī)試車必備多類的現(xiàn)場設(shè)備，例如變頻器、測(cè)功機(jī)及布設(shè)的發(fā)電機(jī)、場地內(nèi)的液壓泵。復(fù)雜設(shè)備表現(xiàn)出彼此的干擾，干擾了傳遞過來的振動(dòng)信號(hào)。這樣的情形下，振動(dòng)測(cè)量將會(huì)縮減應(yīng)有的可靠性。為了規(guī)避多重的現(xiàn)場干擾，要及時(shí)查驗(yàn)周邊干擾并且予以排除。詳細(xì)來看，振動(dòng)測(cè)量可分成接觸式的、非接觸式這樣的測(cè)量。

1.1 接觸式振動(dòng)測(cè)量

接觸式這樣的振動(dòng)測(cè)量針對(duì)著發(fā)動(dòng)機(jī)各類的振動(dòng)。發(fā)動(dòng)機(jī)布設(shè)了必備的測(cè)量體系，測(cè)振含有內(nèi)在的若干配件。試車現(xiàn)場增設(shè)了壓電式特有的傳感器，它輸出了各時(shí)段內(nèi)的電荷總量。經(jīng)由后續(xù)的轉(zhuǎn)換、微積分及濾波這樣的處理，查驗(yàn)了轉(zhuǎn)換器之中的有效值。試車配有數(shù)據(jù)采集，顯示了監(jiān)控獲取的精準(zhǔn)信息。搜集發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞的電荷，經(jīng)由轉(zhuǎn)換流程并且放大初始的信號(hào)，調(diào)理了總體的電荷量。檢波依循的系統(tǒng)銜接著信號(hào)分析必備的動(dòng)態(tài)儀器，輸出了交流信號(hào)。

傳感器模塊搜集可得試車各時(shí)段的精準(zhǔn)信號(hào)，這類模塊緊密銜接著傳感器，葉尖可以定時(shí)。傳感器布設(shè)了葉尖形態(tài)的測(cè)頭，設(shè)定了光纖束。半導(dǎo)體形態(tài)的激光器借助于穩(wěn)定功率以便驅(qū)動(dòng)，波長紅光設(shè)定了600mn。在光纖束之中布設(shè)了孔徑較小的、單一狀態(tài)下的多模光纖，它們纏繞著光纖束。這種測(cè)量流程增添了成效性，構(gòu)架也較為簡易。發(fā)射及后續(xù)的接收都依循了獨(dú)立構(gòu)架的不同光路，這就縮減了附帶的背景干擾，信噪比由此而被提升[2]。

1.2 非接觸式振動(dòng)測(cè)量

非接觸式架構(gòu)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)整合了多重的內(nèi)在模塊：轉(zhuǎn)換光電信號(hào)特有的模塊、采集信號(hào)模塊、傳感器布設(shè)的模塊、微機(jī)協(xié)助下的預(yù)處理、解析信號(hào)必備的模塊。在這之中，傳感器配有本體的葉尖，外罩增設(shè)了光纖類的測(cè)頭。傳感器擁有了同步優(yōu)勢(shì)，它被布設(shè)于轉(zhuǎn)軸一端。葉片每次掠過測(cè)頭，接收進(jìn)來的光線都將被變更，信號(hào)被替換為明晰的電信號(hào)，擬定了離散態(tài)勢(shì)下的相應(yīng)序列。初始的采集流程、接續(xù)的預(yù)處理都采納了時(shí)間計(jì)數(shù)。依循DSP特有的運(yùn)算規(guī)程，預(yù)處理增添了精準(zhǔn)性。軟件解析涵蓋的對(duì)象為：葉片振動(dòng)幅值、表征位移的參數(shù)、精準(zhǔn)的振動(dòng)頻率。

整體封裝含有采集類的裝置、光電轉(zhuǎn)換裝置。試車現(xiàn)場預(yù)設(shè)了封裝流程，創(chuàng)設(shè)了更優(yōu)水準(zhǔn)的運(yùn)轉(zhuǎn)成效，儀器化水準(zhǔn)也在提升。光電轉(zhuǎn)換配有內(nèi)在模塊，安設(shè)了光電二極管。低噪聲這樣的寬帶縮減了總體增益，借助于放大電路以此來填補(bǔ)這樣的增益。電路預(yù)處理流程內(nèi)，光電流可被輸出。TTL特有的信號(hào)經(jīng)由放大器、銜接的電路等而被變成脈沖信號(hào)。系統(tǒng)有著本體的動(dòng)態(tài)表征，還可抵抗外在干擾。通信流程必備前后側(cè)的放大器，電平轉(zhuǎn)換擬定了70MHz特有的帶寬。實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)時(shí)，光纖傳感器整合了同步的葉根，驅(qū)動(dòng)電路供應(yīng)了更為可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)保障。與此同時(shí)，非接觸測(cè)量也消解了不穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，測(cè)量將更為精確。

2? 振動(dòng)測(cè)量中的干擾因素及排除對(duì)策

傳統(tǒng)測(cè)量采納的流程內(nèi)，發(fā)動(dòng)機(jī)辨析了振動(dòng)速率，傳感器設(shè)定了電動(dòng)式特有的總體架構(gòu)。振動(dòng)測(cè)量布設(shè)了二次儀表、銜接的放大電路，二者獲取了振動(dòng)情形下的精準(zhǔn)位移。在這之后，位移峰值被凸顯于帶通濾波器。某些情形下，位移峰值并不能代表著位移值，振動(dòng)狀態(tài)下的負(fù)荷值經(jīng)由換算可得振動(dòng)位移。伴隨技術(shù)的進(jìn)展，針對(duì)于振動(dòng)現(xiàn)場內(nèi)的加速度設(shè)定了更精準(zhǔn)的采集途徑。發(fā)動(dòng)機(jī)搜集可得這樣的加速度，二次儀表再去放大搜集獲取的信號(hào)。條件準(zhǔn)許時(shí)，可選取較窄這樣的濾波器以便設(shè)定分量，它表征著振動(dòng)加速度。依托這樣的測(cè)量，直接測(cè)得了振動(dòng)速率。不必經(jīng)由繁瑣的后續(xù)轉(zhuǎn)換，也縮減了測(cè)定數(shù)值的偏差。排除現(xiàn)場內(nèi)的干擾，現(xiàn)場含有變頻器的、地線的干擾[3]。

2.1 地線的干擾及排除

現(xiàn)場測(cè)量可得：測(cè)振儀銜接著的接地電源凸顯了較小數(shù)值的交變電壓。測(cè)振儀配有外在的銜接電源，搜集數(shù)據(jù)依托于布設(shè)的專用地線。這種地線系統(tǒng)存有多樣的內(nèi)外干擾：多點(diǎn)接地增添了回路電流，它干擾了常態(tài)測(cè)振。從總體視角看，地線干擾凸顯了較大波動(dòng)。若啟開了系統(tǒng)架構(gòu)內(nèi)的控制電源，圖像將顯現(xiàn)尖峰式的、不規(guī)則的振蕩。這種波動(dòng)過后，若再去開啟變頻器將加劇振蕩?，F(xiàn)場的各類干擾之中，地線干擾應(yīng)被看成最常見的這一類，實(shí)踐之中摸索并歸結(jié)了它的排除思路。

機(jī)箱及測(cè)振儀布設(shè)了一體外殼，它們被銜接成整體?？s減接地干擾，就要維持同一的電位差。這樣做就消解了表現(xiàn)出來的回路干擾，設(shè)定了更適宜的連接電路。應(yīng)當(dāng)注重的是：傳感器及銜接著的測(cè)振線都應(yīng)被確認(rèn)穩(wěn)定，裝置內(nèi)的配件都不可松動(dòng)。測(cè)振線增添了外在屏蔽線，含有金屬編制出來的網(wǎng)狀線路，低電位這樣的網(wǎng)絡(luò)不可碎裂，要隨時(shí)查驗(yàn)細(xì)微的斷裂現(xiàn)象[4]。受到場地約束，振動(dòng)測(cè)量只能辨識(shí)中低頻這樣的傳遞信號(hào);針對(duì)高頻信號(hào)，它還不能去測(cè)定。

2.2 變頻器的干擾及排除

試車步驟不可缺失供水，它擬定了精準(zhǔn)的初始?jí)毫?，要調(diào)控這樣的壓力。調(diào)節(jié)各時(shí)段的供水壓力則要依托于變頻電機(jī)泵。若顯現(xiàn)了某一時(shí)點(diǎn)的尖峰，則要?dú)w因于變頻器。常態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的變頻器有著較高的總體諧波，它密切關(guān)系著地電流及電磁感應(yīng)。針對(duì)于試車體系，這些設(shè)備也凸顯了較大的現(xiàn)存干擾。測(cè)試流程獲取了變頻器附帶的干擾，某些情形之下的波動(dòng)值會(huì)超越15mV。采集數(shù)據(jù)布設(shè)了經(jīng)由的通道，量級(jí)設(shè)定為mV。借助于動(dòng)態(tài)分析特有的儀器來辨識(shí)頻譜。開啟了變頻器將會(huì)凸顯高次諧波，若閉合了變頻器則消除了諧波。

變頻器常常含有高次諧波，它帶來了干擾。針對(duì)于變頻器，在輸入端可增設(shè)電源濾波器，這樣就規(guī)避了電網(wǎng)偏重的污染，可以有效減小干擾程度。變頻器密切銜接著系統(tǒng)內(nèi)的濾波器，傳輸必備的路徑應(yīng)被縮短，這就規(guī)避了周邊區(qū)段的電路干擾。在測(cè)振儀的周邊可增添搭配的隔離電源，它隔離了測(cè)振儀及布設(shè)的接地。此外，為了可以避免通道電壓波動(dòng)給振動(dòng)信號(hào)帶來一定影響，振動(dòng)信號(hào)還要增添原有的抗干擾特性，需要放大振動(dòng)信號(hào)，能夠強(qiáng)化其抗干擾性能，消除電壓波動(dòng)中的劇烈干擾，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。通過這些措施的使用，可以有效減少車臺(tái)振動(dòng)干擾，電壓波動(dòng)給振，動(dòng)信號(hào)造成的干擾縮小數(shù)倍，幾乎不會(huì)給振動(dòng)測(cè)量工作帶來影響。

3? 影響振動(dòng)測(cè)量的干擾信號(hào)注意事項(xiàng)

第一，在安裝測(cè)振線以及傳感器的過程中，必須要保證連接具有可靠性，不能出現(xiàn)松動(dòng)的現(xiàn)象。其中測(cè)振線低電位網(wǎng)狀編織金屬屏蔽線應(yīng)當(dāng)處于完整的狀態(tài)，不能存在斷裂問題。第二，在實(shí)驗(yàn)室以及現(xiàn)場分別對(duì)振動(dòng)傳感器的頻響、幅值進(jìn)行分析和檢定，可以發(fā)現(xiàn)環(huán)境的不同使其檢定結(jié)果出現(xiàn)了較大差異。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)檢定結(jié)果合格的傳感器在現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行應(yīng)用時(shí)容易出現(xiàn)不合格的問題，這一問題出現(xiàn)的原因是傳感器內(nèi)部出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)改變，使得在高頻的情況下，幅值不再以線性的狀態(tài)存在。在現(xiàn)場使用傳感器時(shí)需要收集高頻信號(hào)、中頻信號(hào)、低頻信號(hào)，由于收集信號(hào)的類型較多，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)波動(dòng)過大的現(xiàn)象，因此需要在現(xiàn)場驗(yàn)證傳感器的使用效果。

4? 結(jié)束語

當(dāng)前航空行業(yè)發(fā)展速度不斷加快，有關(guān)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的科研任務(wù)量也逐漸增加，如果仍然使用以往的檢驗(yàn)方式，難以滿足科研活動(dòng)需求，不利于提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的試驗(yàn)效果。運(yùn)轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)下的發(fā)動(dòng)機(jī)很難規(guī)避多樣故障，故障流程表現(xiàn)出復(fù)雜性，給后續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行和使用帶來了影響。發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)可歸結(jié)為多重的根本成因，例如轉(zhuǎn)子故障、激烈振蕩的氣流、齒輪配件的故障。解析常態(tài)的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)，擬定明晰的工藝參數(shù)，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車現(xiàn)場經(jīng)常會(huì)使用接觸式或者非接觸式振動(dòng)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過實(shí)踐的累積，歸結(jié)可得珍貴的測(cè)量經(jīng)驗(yàn)。在測(cè)量過程中會(huì)受到多個(gè)因素的干擾，其中地線以及變頻器是主要的干擾因素，要注重查驗(yàn)測(cè)量之中的干擾，排除干擾以此來確保測(cè)量是精準(zhǔn)的。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉永泉，王德友，洪杰.航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)控制技術(shù)分析[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2013（05）：1-8，13.

[2]李榮生.航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)測(cè)量[J].航空科學(xué)技術(shù)，2014（04）：33-36.

[3]艾延廷，周海侖，孫丹，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)分析與控制[J].沈陽航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（05）：1-25.

[4]姜曉蓮，蔡忠春，辛健，等.基于PC104的航空發(fā)動(dòng)機(jī)試車參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)研究[J].電子技術(shù)，2011（10）：57-58，52.