民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的思考

魯洋

【摘 要】隨著國家經(jīng)濟(jì)和科技的進(jìn)步，民用航空也得以進(jìn)一步地發(fā)展，成為主要的交通運(yùn)輸方式，對(duì)主要構(gòu)件發(fā)動(dòng)機(jī)的維護(hù)也逐漸從定期檢修向振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變，很大程度上提高了結(jié)構(gòu)故障檢測(cè)的精確度，保證了飛行安全。本文從航空發(fā)動(dòng)機(jī)震動(dòng)檢測(cè)的原理和特點(diǎn)出發(fā)，詳細(xì)地分析了振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法。

【關(guān)鍵詞】民用航空；發(fā)動(dòng)機(jī)；振動(dòng)檢測(cè)；方法

一、前言

現(xiàn)階段，我國正在研究和發(fā)展航空發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)，以推進(jìn)航空業(yè)的發(fā)展和系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，而發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的發(fā)生不僅給研發(fā)工作帶來了阻礙，也影響了飛行安全，不利于民用航空的發(fā)展。為此，深入剖析發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

二、民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)原理和特點(diǎn)

民用航空指的是使用各類航空器進(jìn)行非軍事性質(zhì)的一切航空活動(dòng)，由政府部門、民航企業(yè)、民航機(jī)場(chǎng)三大部分組成。自七十年代以后，發(fā)展的速度逐漸加快，國際和國內(nèi)的航線總數(shù)可以達(dá)到二百條以上，并仍在不斷地增加。面對(duì)發(fā)展速度和數(shù)量的不斷擴(kuò)大，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的要求也有所提高。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，從2000年到2016年為止，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)量，整體市場(chǎng)從2000年的約14，000臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)增長到2016年的近27，000臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，增幅超過92%。但隨著發(fā)動(dòng)機(jī)使用的頻率不斷增加，振動(dòng)問題也逐漸顯化，需要專業(yè)化的監(jiān)測(cè)技術(shù)方法進(jìn)行問題的判斷和處理[1]。

目前，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)使用的方法主要就是在發(fā)動(dòng)機(jī)部件上安裝發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)控組件（Engine Vibration Monitoring Unit），簡稱EVMU，監(jiān)測(cè)的原理是根據(jù)加裝在發(fā)動(dòng)機(jī)上的加速度檢測(cè)儀表對(duì)振動(dòng)的數(shù)值變化進(jìn)行測(cè)試和記錄。需注意地是發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生振動(dòng)的位置，具有很強(qiáng)的激振力，也就是由回轉(zhuǎn)、不平衡質(zhì)量作為振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)源產(chǎn)生的周期性振動(dòng)頻率，需要將加速度檢測(cè)儀表安裝在接近振動(dòng)源頭的位置，像安裝的節(jié)點(diǎn)、機(jī)匣的對(duì)接面等位置都是常暗星安裝儀表的位置。簡單來說，監(jiān)測(cè)原理就是通過加速度計(jì)--電荷放大器--抗混濾波器--記錄器--模數(shù)轉(zhuǎn)換器--振動(dòng)計(jì)算機(jī)的流程結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)。從監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)來看，處理的信號(hào)波段多、監(jiān)測(cè)次數(shù)和連續(xù)性高、數(shù)據(jù)記錄的歷史對(duì)比以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的通用性強(qiáng)，都是民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)需要具備的性能。

三、航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法分析

民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)航空運(yùn)行安全的重要性無需贅言，振動(dòng)作為影響發(fā)動(dòng)機(jī)作業(yè)的關(guān)鍵問題，需要采用有效的監(jiān)測(cè)方法對(duì)問題的發(fā)生進(jìn)行控制，在實(shí)際應(yīng)用振動(dòng)監(jiān)測(cè)方法時(shí)，需要從以下的幾點(diǎn)出發(fā)。

1、發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)控組件監(jiān)測(cè)

安裝發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)組件（EVMU）對(duì)振動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)是比較常見的方式，監(jiān)測(cè)原理和步驟上都比較簡單，實(shí)際監(jiān)測(cè)的過程中，可以從三個(gè)方面入手，提高檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確度。

（1）明確EVMU的主要功能

想要充分地發(fā)揮EVMU的振動(dòng)監(jiān)測(cè)功能，就需要發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)組件的功能有清楚地認(rèn)識(shí)，以便對(duì)各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和工作程序形成正確地認(rèn)知。從主要功能的角度來看，一是信號(hào)的接受和傳輸依靠加速度計(jì)完成。發(fā)電機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)組件中，加速度計(jì)是重要的組成部分，可以對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行收集和記錄，并將獲取的數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)速信號(hào)驅(qū)動(dòng)的作用下，形成中心頻率的波形軌跡，傳輸給監(jiān)測(cè)組件的中心系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)速度信號(hào)的處理得出發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的基本情況后，由ARINC429數(shù)據(jù)總線協(xié)議以脈沖形式發(fā)送給飛機(jī)系統(tǒng)。二是，信息自檢功能。EVMU監(jiān)測(cè)方法是在專業(yè)化的系統(tǒng)平臺(tái)上運(yùn)行，具有高度的信息自檢性能，并且可以將檢測(cè)的振動(dòng)信息進(jìn)行存儲(chǔ)和提取，可以使用的信息檢索工具主要是諸如相變存儲(chǔ)（PCM）、磁阻式隨機(jī)存儲(chǔ)（MRAM）以及阻變式存儲(chǔ)（RRAM）等非易失性存儲(chǔ)技術(shù)。三是，地面狀態(tài)檢測(cè)。EVMU監(jiān)測(cè)的最后一點(diǎn)功能就是對(duì)地面狀態(tài)的檢測(cè)，通過對(duì)以往記錄的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信息參數(shù)數(shù)據(jù)，利用基于編程實(shí)現(xiàn)的配平計(jì)算軟件得出精準(zhǔn)的發(fā)動(dòng)機(jī)配平數(shù)據(jù)，經(jīng)由ARINC429總線把信息傳輸給飛機(jī)操作倉后或維修人員[2]。

（2）監(jiān)測(cè)算法

振動(dòng)檢測(cè)組件監(jiān)測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)數(shù)據(jù)信息，需要通過一系列的監(jiān)測(cè)數(shù)值算法得出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，一般可以分成振動(dòng)數(shù)值測(cè)量、處理、故障特征分析和狀態(tài)識(shí)別是四種，相關(guān)的監(jiān)測(cè)算法也是以這四點(diǎn)為主要的處理內(nèi)容。其一，振動(dòng)數(shù)值的測(cè)量。通常情況下，民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)測(cè)量地過程中，需要對(duì)不同的振動(dòng)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行布置和測(cè)量，并對(duì)記錄地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)和處理得出各個(gè)測(cè)點(diǎn)的加速度頻率波譜，進(jìn)而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的整體運(yùn)行情況形成清楚地認(rèn)識(shí)，采用精確度較高的窗口函數(shù)算法，得出振動(dòng)的數(shù)值。其二，振動(dòng)數(shù)值的處理。利用相應(yīng)的函數(shù)算法得出振動(dòng)數(shù)值后，需要將信息數(shù)據(jù)整理成為對(duì)應(yīng)的波形圖示，并分別對(duì)垂直波形和加速度均方根與轉(zhuǎn)速的關(guān)系加以分析，采取二次拋物曲線的計(jì)算方式，對(duì)振動(dòng)的二級(jí)慣性力進(jìn)行運(yùn)算。其三，故障特征分析。經(jīng)過上述的兩個(gè)步驟，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的數(shù)據(jù)基本獲取完成，在進(jìn)行故障特征分析的過程中，可以結(jié)合民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的規(guī)定振動(dòng)總量，與收集和計(jì)算的數(shù)值進(jìn)行比對(duì)，判斷實(shí)際振動(dòng)數(shù)值是否超出標(biāo)準(zhǔn)，借此判斷故障發(fā)生的種類。其四，狀態(tài)識(shí)別。這一監(jiān)測(cè)內(nèi)容是綜合了振動(dòng)信號(hào)計(jì)算結(jié)果和故障特征分析得出的數(shù)據(jù)，能在此基礎(chǔ)上判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)和故障趨勢(shì)，主要是通過計(jì)算機(jī)算法實(shí)現(xiàn)。

2、發(fā)動(dòng)機(jī)葉片受損監(jiān)測(cè)

發(fā)動(dòng)機(jī)作為飛機(jī)中推進(jìn)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，是一種高度復(fù)雜和精密的熱力機(jī)械，它的造價(jià)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于飛機(jī)中的其他部件，而葉片是組成發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵，主要有扇葉、壓氣機(jī)葉片、高壓渦輪葉片和低壓渦輪葉片四種。飛機(jī)在長期地運(yùn)行的過程中，葉片會(huì)出現(xiàn)不同程度的磨損，也會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的發(fā)生。通常情況下，葉片磨損的越嚴(yán)重，振動(dòng)值也越高，在正常磨損范圍內(nèi)振動(dòng)值一般在2.0以下。因葉片磨損與振動(dòng)值存在正相關(guān)的關(guān)系，通過對(duì)葉片磨損程度的檢測(cè)方法也可以達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)檢測(cè)的目的。監(jiān)測(cè)的過程中，需對(duì)葉片正常磨損的范圍內(nèi)的油門桿角度變化時(shí)的振動(dòng)值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)時(shí)間和磨損程度對(duì)振動(dòng)值的變化進(jìn)行記錄了，經(jīng)數(shù)據(jù)對(duì)比得出振動(dòng)值和處理方法。

除此之外，發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)是在完整的電子系統(tǒng)中運(yùn)行，可以利用定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行的狀況進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)的掌握發(fā)生振動(dòng)故障的位置，快速的解決問題。為了有效的減少振動(dòng)故障監(jiān)測(cè)過程中的錯(cuò)誤，可以運(yùn)用雙向的線路，提高安全性和強(qiáng)度。而且，可以在發(fā)動(dòng)機(jī)的不同測(cè)點(diǎn)上增加監(jiān)測(cè)裝置，并設(shè)置開關(guān)，如果部分區(qū)域發(fā)生振動(dòng)異常的情況，可以及時(shí)關(guān)閉開關(guān)，不對(duì)總的發(fā)動(dòng)機(jī)線路造成影響同時(shí)，民用航空部門要對(duì)內(nèi)部的監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行整改，使不同的部門負(fù)責(zé)不敢不同的工作內(nèi)容，并將責(zé)任下分到每個(gè)人。這樣可以確保在檢測(cè)過程中，能夠迅速的找出振動(dòng)異常所在，如需追究責(zé)任也會(huì)比較方便。責(zé)任制的使用可以更加有效的增強(qiáng)員工的責(zé)任感和使命感，促使員工工作的認(rèn)真和主動(dòng)，提高發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)工作的效率。

四、結(jié)語

總而言之，民用航空是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和全球化的必然要求，極大地降低了空間的局限，發(fā)動(dòng)機(jī)作為關(guān)鍵性的動(dòng)力部件，對(duì)振動(dòng)的監(jiān)測(cè)工作至關(guān)重要，在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過程中，可以借鑒上文提到的幾種方法，促進(jìn)航空運(yùn)行的穩(wěn)定安全發(fā)展。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳果，馮國權(quán)，姜廣義.航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片-機(jī)匣碰摩故障的機(jī)匣振動(dòng)加速度特征分析及驗(yàn)證[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2016，40（01）：10-16+78.

[2]張群巖，刁學(xué)敏，李成剛等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)試飛振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果的圖解分析方法[J].硅谷，2015，26（20）：170-171.