航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)振動機理及故障診斷研究

邢瀾清

摘 要：航空發(fā)動機在運輸工具運行穩(wěn)定及安全性等層面起到至關重要的作用。液壓管路系統(tǒng)振動會嚴重地影響航空發(fā)動機的運行效果，引起航空發(fā)動機故障。本文在闡述航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)振動基本狀況的基礎上，就航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)振動故障的作用機理展開分析，并指出這些故障的診斷方法，期望能進一步控制消除航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)振動問題，提升航空發(fā)動機運行質量，確保飛機運行的穩(wěn)定性、安全性。

關鍵詞：航空發(fā)動機;液壓系統(tǒng);振動;機理分析;診斷

引言

液壓管路系統(tǒng)振動是航空發(fā)動機故障的重要影響因素，其嚴重地阻礙了航空發(fā)動機運作性能的發(fā)揮的，對航空發(fā)動機的應用效果造成較大影響。從航空發(fā)動機運作條件來看，液壓系統(tǒng)振動與諸多因素有關。新時期，人們對航空發(fā)動機的應用效果提出了較高要求，有必要深化航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)振動機理研究，實現(xiàn)航空發(fā)動機液壓管路振動故障的有效處理。

1 航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)振動基本情況

航空發(fā)動機是飛機的心血臟，其能將其他形式的能轉化為機械能，對于運輸工具的行駛具有積極作用。從結構組成來看，液壓管路是航空發(fā)動機附件系統(tǒng)的重要組成，其為燃油、滑油等介質的輸送中提供了穩(wěn)定途徑。在一定程度上，航空發(fā)動機液壓管路直接關系著航空發(fā)動機的運作效果。

因功能差異影響，航空發(fā)動機的液壓管路在粗細、長短、走向上有較大差異，這些管路工作環(huán)境復雜，在實際運作中，一些管路容易因振動出現(xiàn)斷裂及管道街接頭故障等問題，威脅飛機的飛行安全。有研究顯示，在因航空發(fā)動機故障的所有空停事件中，管路、導線和傳感器失效引起的空停事件占到50%，其中，外部管路斷裂故障占到空中飛行結構故障的52%，這些管路中有較多管道為液壓管路，其因振動而損傷，對于飛機飛行安全具有深刻影響。對此，在航空發(fā)動機運行中，應重視液壓管路系統(tǒng)振動問題的診斷及處理[1]。

2 液壓管路系統(tǒng)振動機理分析

基于對系統(tǒng)激勵類型差異，可將振動分為自由振動、受迫振動、自激振動及參數(shù)振動等諸多類型[2]。當航空發(fā)動機液壓管路發(fā)生振動時，應從受迫振動、自激振動兩個層面進行深入分析。就液壓管路系統(tǒng)受迫振動而言，其振動問題與外界或內部的周期性、隨機機械載荷及流體載荷有較大關系;管理自激振動多會發(fā)生振動失穩(wěn)，其多和流動介質與管路的運動相耦合有關。

深層次分析航空發(fā)動機液壓管路振動源，能為液壓管路振動問題的控制奠定良好基礎。引起航空發(fā)動機液壓管路振動的原因具有多元性的特征。

2.1因轉子不平衡力和流體的脈動壓力而引起振動

航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)發(fā)生振動時，需首先考慮轉子不平衡力和流體的脈動壓力的作用關系。其中，當轉子出于失衡狀態(tài)時，其會出現(xiàn)一定的不平衡力，由此引起液壓管路系統(tǒng)振動問題。分析轉子動作過程可知，離心力對轉子軸承施加速度、力是轉子失衡的重要原因，在離心力的作用下，轉子有回轉中心的質量分布不均勻，致使自身出現(xiàn)了靜失衡、力偶失衡及動失衡三種狀態(tài)?；谶@一激勵，在轉子高速運動的情況下，去自身會產生不平衡力，且這種不平衡力具有周期性的特征。一般認為，不平衡量的大小和轉速的高低決定了轉子不平衡力的大小，當這種不平衡力作用于液壓管路系統(tǒng)時，會對管路造成一定的激勵作用，引起液壓管路振動問題，振動激勵頻率（f）為航空發(fā)動機轉子速度的1/60。

在供油泵作用下，輸送燃油、滑油等流體的管路也會發(fā)生一定變化，這種變化會引起流體本身脈動壓力的周期性變化。在管路的彎徑處和變徑處，這種脈動壓力會對管理形成激勵作用，引起液壓管路系統(tǒng)振動。研究顯示，流體脈動壓力的激振頻率為泵齒數(shù)與泵轉速乘積的1/60。

2.2因卡門旋渦引起的振動

航空發(fā)動機運作過程中，若液壓管路系統(tǒng)本身的結構較為復雜，這極有可能出現(xiàn)卡門旋渦，卡門旋渦會引起管路振動問題。研究卡門旋渦作用機理可知，選擇均勻流場，在其中置入圓柱，這樣從圓柱體的兩側流出互為交替的規(guī)則形渦街，并且在圓柱體的后面也會形成一對旋渦?？ㄩT旋渦指出，在渦街穩(wěn)定的情況下，渦街的寬度為0.281倍的渦街間隔。在航空發(fā)動機運作中，卡門旋渦會引起液壓管路系統(tǒng)振動，且這種振動主要分為強迫振動和自激振動兩種類型。

2.3管路自身的耦合振動

航空發(fā)動機液壓管路起到輸送燃油、滑油等流體的作用，在航空發(fā)動機運作及液壓管路運行過程中，管路內流體與管路之間也會出現(xiàn)一些內在的耦合振動。從液壓管路系統(tǒng)固定方式來看，其多是在卡箍的作用下，將管路固定在航空發(fā)動機殼上的。航空發(fā)動機運作過程本身會產生一定的振動，這種振動會通過卡箍使得液壓管路強迫振動，同時管路輸送液體具有一定流量、壓力脈動差異，這種流量和壓力脈動差異會對管路產生強迫振動影響。當兩種振動頻率接近時，會產生一定的耦合諧振作用，最終引起液壓系統(tǒng)管路的振動[3]。

現(xiàn)階段，面對液壓管路系統(tǒng)自身的耦合振動問題，常用兩種方式對其進行處理。其一，視固體振動為主振體，然后將流體看做是附連質量與系統(tǒng)振動，在建立振動模型求解時，可將流體作為系統(tǒng)阻尼而進行模型解算;其二，將流體和固體作為兩個子系統(tǒng)進行分別解算，這樣在動力學方程下，可通過模態(tài)綜合或動態(tài)子結構等方式進行坐標縮減，以此來解決耦合諧振問題。

3 航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)故障診斷

步入新時期以來，交通運輸工具發(fā)展迅速，人們對于飛機運行效果及出行安全提出了較高要求，在航空發(fā)動機運行中，應高度重視液壓管路系統(tǒng)故障的診斷和處理。故障診斷是航空發(fā)動機液壓管路振動故障處理的前提。現(xiàn)階段，在航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)故障診斷中，常用的診斷方式包括：其一，在信號分析原理的支撐下，結合使用人工智能等方法進行故障的定性診斷，其二，在考慮航空發(fā)動機運作環(huán)境的情況下，建立液壓管路物理、數(shù)學、控制或組合模型，以此來進行數(shù)學解算，達到故障診斷的目的。相對而言，信號分析結合人工智能診斷方式的應用較多;但在實際應用中，還應注重信號分析過程中無法全面反映管路振動特征、無法定量刻畫故障程度等問題的處理，提升故障診斷的效率和精度，為航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)故障控制提供參考。

4 結語

液壓管路系統(tǒng)振動影響航空發(fā)動機運行的穩(wěn)定性，影響了人們交通出行的安全性。新時期，人們只有充分認識到航空發(fā)動機液壓管路系統(tǒng)振動類型，深層次分析液壓管路系統(tǒng)振動作用機理，并實施故障診斷和應對處理，這樣才能有效控制液壓管路系統(tǒng)振動問題，提升航空發(fā)動機運行質量，確保飛機運行的穩(wěn)定性、安全性。

參考文獻：

[1]寸文淵，趙正大，陳果，等.基于模態(tài)分析的某型飛機液壓管路故障診斷[J].液壓與氣動，2019（5）：38-45.

[2]竇金鑫，薛政坤，于曉光，等.基于優(yōu)化CNN的航空液壓管路卡箍故障診斷[J].機床與液壓，2020，48（16）：188-194.

[3]劉中華，李興泉，賈鐸，等.航空發(fā)動機液壓管路裂紋故障分析[J].航空發(fā)動機，2020，46（5）：66-70