航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)試驗(yàn)載荷確定及應(yīng)用

王志會(huì)，劉海年，翟　月，張　生（中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng)110015）

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航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)試驗(yàn)載荷確定及應(yīng)用

王志會(huì)，劉海年，翟月，張生
（中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所，沈陽(yáng)110015）

摘要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)成品振動(dòng)試驗(yàn)多數(shù)參考振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，沒(méi)有真正意義上結(jié)合成品的振動(dòng)特性與發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)振動(dòng)環(huán)境確定振動(dòng)試驗(yàn)載荷，導(dǎo)致成品內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)潛在問(wèn)題沒(méi)有暴露出來(lái)，外場(chǎng)交付使用問(wèn)題頻發(fā)，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性水平。以某型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器為研究對(duì)象，詳細(xì)地闡述了轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)環(huán)境載荷確定的工作流程和方法，提出了基于疲勞次數(shù)的正弦振動(dòng)試驗(yàn)方法并完成了產(chǎn)品的試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)了殼體裂紋、輸出斷路等故障，將改進(jìn)后的產(chǎn)品進(jìn)行回歸驗(yàn)證，故障未再發(fā)生?；趯?shí)測(cè)數(shù)據(jù)制定的正弦振動(dòng)試驗(yàn)方法，對(duì)轉(zhuǎn)速傳感器的結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行了驗(yàn)證，可為確定傳感器類(lèi)成品試驗(yàn)載荷和驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性水平提供新的方法。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)速傳感器；正弦振動(dòng)；試驗(yàn)載荷；可靠性；航空發(fā)動(dòng)機(jī)

引用格式：王志會(huì)，劉海年，翟月，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)試驗(yàn)載荷確定及應(yīng)用[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2016,42（3）：82-87.WANG Zhihui,LIU Hainian, ZHAI Yue,et al.Formulation and application for vibration test loading spectrum of an aeroengine revolution transmitter[J].Aeroengine,2016,42(3):82-87.

0　引言

振動(dòng)環(huán)境是航空發(fā)動(dòng)機(jī)在壽命周期內(nèi)必須承受的工作環(huán)境之一，其振動(dòng)激振力復(fù)雜、成品特性難以掌握[1-2]。在國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)傳感器產(chǎn)品的研制過(guò)程中，成品振動(dòng)試驗(yàn)多數(shù)參考GJB150.16A-2009[3]或HB5830.5-84[4]的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。GJB150.16A振動(dòng)譜的主要能量集中在高壓轉(zhuǎn)子基頻和倍頻成分上，當(dāng)成品存在與高壓轉(zhuǎn)速相耦合的固有頻率時(shí)，才會(huì)從振動(dòng)臺(tái)吸入較大能量，造成損傷。HB5830.5寬帶隨機(jī)振動(dòng)譜的主要能量集中在中高頻段區(qū)域，在230～1500 Hz頻段的能量較大，對(duì)固有頻率較高的成品造成損傷較大。振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)中試驗(yàn)載荷具有一定的使用范圍和傾向性，不能充分模擬成品實(shí)際工作環(huán)境，導(dǎo)致成品內(nèi)場(chǎng)試驗(yàn)潛在問(wèn)題無(wú)法暴露，外場(chǎng)交付使用問(wèn)題頻發(fā)，嚴(yán)重影響發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性水平。

國(guó)外發(fā)動(dòng)機(jī)在研制過(guò)程中，確定振動(dòng)試驗(yàn)載荷和方法需要考慮發(fā)動(dòng)機(jī)的工作環(huán)境和產(chǎn)品的固有特性，進(jìn)而考核驗(yàn)證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性[5]。因此在型號(hào)研制中，開(kāi)展發(fā)動(dòng)機(jī)成品的振動(dòng)環(huán)境載荷和試驗(yàn)方法研究工作，對(duì)掌握發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)環(huán)境特征，確定振動(dòng)試驗(yàn)載荷，開(kāi)展產(chǎn)品振動(dòng)試驗(yàn)，具有重要的工程意義[6-7]。

本文以某型發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器為研究對(duì)象，詳細(xì)闡述了轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)載荷數(shù)據(jù)的獲取技術(shù)，并建立基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)振動(dòng)載荷的編制流程，提出基于疲勞次數(shù)的振動(dòng)試驗(yàn)考核方法，并完成產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)完整性驗(yàn)證，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行分析說(shuō)明，論述試驗(yàn)方法的科學(xué)性與有效性，為科學(xué)確定傳感器試驗(yàn)載荷和驗(yàn)證產(chǎn)品的可靠性水平提供了新方法。

1　轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)環(huán)境載荷確定的工作流程

航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器為變磁通式轉(zhuǎn)速傳感器，工作原理為：線圈感受磁通變化產(chǎn)生電信號(hào)用于測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇機(jī)匣上，輸出頻率信號(hào)發(fā)送至電子控制器和飛機(jī)健康管理系統(tǒng)，用于監(jiān)控發(fā)動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)環(huán)境載荷確定的工作流程主要包括：振動(dòng)載荷數(shù)據(jù)的獲取、試驗(yàn)載荷的分析和統(tǒng)計(jì)處理、試驗(yàn)剖面的合成與制定、試驗(yàn)載荷修正4個(gè)步驟。在轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)環(huán)境測(cè)量和載荷確定的過(guò)程中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要利用發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行記錄；載荷分析和統(tǒng)計(jì)處理參考GJB/Z 126-99[8]的統(tǒng)計(jì)方法，在給定置信度和可靠度條件下的統(tǒng)計(jì)上限值；試驗(yàn)載荷按照GJB899A[9]和GJB150.16A的要求確定；載荷修正主要是分析內(nèi)外場(chǎng)試驗(yàn)和試飛中振動(dòng)量值差異性。轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)環(huán)境測(cè)量及載荷編制的工作流程如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)載荷譜編制流程

1.1振動(dòng)載荷數(shù)據(jù)獲取技術(shù)

開(kāi)展轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)環(huán)境測(cè)量試驗(yàn)，獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)掌握產(chǎn)品外表面工作環(huán)境溫度，明確傳感器類(lèi)型的選擇，安裝位置的選定，試車(chē)程序的制定，測(cè)量系統(tǒng)的采集和記錄等。

1.1.1轉(zhuǎn)速傳感器外表面溫度測(cè)量

為確定具有耐溫能力的傳感器和安裝方式，需通過(guò)粘貼示溫片的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)速傳感器安裝位置的環(huán)境溫度測(cè)量，測(cè)量溫度為100℃。

1.1.2振動(dòng)傳感器的選用與安裝

考慮到安裝位置的環(huán)境溫度和可能存在的振動(dòng)激勵(lì)，選用耐溫能力和頻帶范圍滿(mǎn)足實(shí)際工作環(huán)境的振動(dòng)傳感器。

振動(dòng)傳感器安裝位置能反映出產(chǎn)品的最大振動(dòng)激勵(lì)，考慮發(fā)動(dòng)機(jī)外部結(jié)構(gòu)和成品的復(fù)雜性，一般優(yōu)先選擇產(chǎn)品安裝座[10]，為了進(jìn)一步了解產(chǎn)品的振動(dòng)響應(yīng)也可以安裝在產(chǎn)品外表面振動(dòng)最大響應(yīng)平面處。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)個(gè)體振動(dòng)存在差異性，應(yīng)進(jìn)行多臺(tái)份測(cè)量；考慮到同一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)不同截面位置的差異性，同一產(chǎn)品不同位置應(yīng)至少安裝2個(gè)振動(dòng)傳感器進(jìn)行3個(gè)軸向測(cè)量[11]；進(jìn)行振動(dòng)環(huán)境測(cè)量時(shí)，用螺栓將轉(zhuǎn)速傳感器固定于底座位置。

圖2 發(fā)動(dòng)機(jī)成附件振動(dòng)環(huán)境測(cè)量試車(chē)程序

圖3 發(fā)動(dòng)機(jī)成附件振動(dòng)環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)

1.1.3試車(chē)程序確定

轉(zhuǎn)速傳感器的振動(dòng)環(huán)境測(cè)量包括發(fā)動(dòng)機(jī)全工作轉(zhuǎn)速、典型工作狀態(tài)及全頻域測(cè)量；其試車(chē)程序一般是從低狀態(tài)到高狀態(tài)再到低狀態(tài)，同時(shí)記錄振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)程序如圖2所示。

1.1.4轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)環(huán)境測(cè)量系統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)環(huán)境測(cè)量采用發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)[12]，在原有測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加6個(gè)通道2個(gè)加速度傳感器（圖3中的1、2傳感器），利用加速度傳感器對(duì)產(chǎn)品振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)前端放大器將電信號(hào)放大，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)電信號(hào)進(jìn)行采集和截取。采用FFT變換和功率譜密度等分析手段，獲得時(shí)域信號(hào)的頻率特性，從而確定產(chǎn)品的振動(dòng)響應(yīng)特征[13-14]。測(cè)試系統(tǒng)連接如圖3所示。

1.2試驗(yàn)載荷分析與統(tǒng)計(jì)處理

1.2.1產(chǎn)品振動(dòng)環(huán)境特性分析

根據(jù)1.1節(jié)建立的數(shù)據(jù)測(cè)量方法，完成了3臺(tái)整機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)在地面慢車(chē)、空中慢車(chē)、巡航、爬升、起飛狀態(tài)等5個(gè)典型工況下的35次振動(dòng)環(huán)境測(cè)量，地面慢車(chē)與爬升狀態(tài)測(cè)量結(jié)果如圖4、5所示。選擇其中的30組測(cè)試數(shù)據(jù)作為載荷分析的有效數(shù)據(jù)。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)地面慢車(chē)振動(dòng)測(cè)量結(jié)果

圖5 發(fā)動(dòng)機(jī)爬升狀態(tài)的振動(dòng)測(cè)量結(jié)果

通過(guò)對(duì)不同臺(tái)份發(fā)動(dòng)機(jī)試車(chē)過(guò)程中振動(dòng)特性的分析，表明不同臺(tái)份發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的振動(dòng)環(huán)境和激勵(lì)基本類(lèi)似：均表現(xiàn)為低壓轉(zhuǎn)子不平衡及其諧波成分為1XL、2XL、30XL；高壓轉(zhuǎn)子不平衡及其諧波成分為1XH、2XH和4XH，且能量較大。

1.2.2典型工況環(huán)境剖面的確定——頻段劃分

頻段劃分主要依據(jù)產(chǎn)品振動(dòng)環(huán)境的頻域特性，頻率特性分析的結(jié)果表明：在14～90 Hz，主要體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)從地面慢車(chē)到起飛狀態(tài)低壓轉(zhuǎn)子1倍頻激勵(lì)成分；在126～276 Hz，主要體現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)從地面慢車(chē)到起飛狀態(tài)高壓轉(zhuǎn)子1倍頻和低壓2倍頻的激勵(lì)成分；在1680～2000 Hz，體現(xiàn)巡航以上狀態(tài)風(fēng)扇葉片氣動(dòng)激勵(lì)的影響。

1.2.3試驗(yàn)樣本確定

根據(jù)文獻(xiàn)[15]的要求，樣本量需滿(mǎn)足

式中：α為顯著性水平；p為失效概率。

為了保證計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)足統(tǒng)計(jì)要求，本文選取置信度為0.95，可靠度為0.9，需要的樣本量最少為28組，以確定產(chǎn)品不同頻段的振動(dòng)量值。

1.2.4載荷統(tǒng)計(jì)及振動(dòng)量值計(jì)算

按GJB/Z 126-99提供的正弦振動(dòng)環(huán)境測(cè)量數(shù)據(jù)歸納方法，根據(jù)頻段劃分對(duì)分段后的振動(dòng)加速度特征樣本進(jìn)行參數(shù)假設(shè)檢驗(yàn)，通過(guò)式（2）、（3）對(duì)檢驗(yàn)的樣本計(jì)算均值、標(biāo)準(zhǔn)差和容差上限系數(shù)，獲得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)特征，由此獲得傳感器的環(huán)境載荷，如圖6、7所示。

式中：A為容差上限；QP為樣本量；K為容差系數(shù)。

圖6 發(fā)動(dòng)機(jī)地面慢車(chē)狀態(tài)的環(huán)境載荷譜

圖7 發(fā)動(dòng)機(jī)爬升狀態(tài)的環(huán)境載荷譜

1.3試驗(yàn)載荷的合成

按照文獻(xiàn)[1]中第3章提供的可靠性試驗(yàn)載荷的確定方法，對(duì)產(chǎn)品在不同工況條件下的振動(dòng)載荷進(jìn)行加權(quán)處理，能夠獲得反映產(chǎn)品安裝環(huán)境的振動(dòng)載荷。

1.3.1加權(quán)系數(shù)計(jì)算

依據(jù)GJB899A中給出加權(quán)系數(shù)的確定方法，對(duì)各工況進(jìn)行加權(quán)計(jì)算。

根據(jù)各任務(wù)剖面和壽命剖面的特征參數(shù)，獲得在發(fā)動(dòng)機(jī)全壽命周期內(nèi)各工況的停留時(shí)間所占百分比，見(jiàn)表1。其中，地慢占比表示地面慢車(chē)在每一任務(wù)剖面中所占百分比；任務(wù)百分比為該任務(wù)剖面在壽命剖面內(nèi)所占時(shí)間的百分比。

表1 任務(wù)剖面及各工況比例

表中各任務(wù)剖面為：標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)輸、最大運(yùn)輸組合；輕載遠(yuǎn)航程；空載轉(zhuǎn)場(chǎng)；高原運(yùn)輸。

由表1可得到各工況在整個(gè)壽命周期內(nèi)的工作時(shí)間比例系數(shù)即加權(quán)系數(shù)。以地面慢車(chē)為例，加權(quán)系數(shù)的確定方法為：11.7%×70% +14.3%×15% +23.15% ×5% +13.6%×10% =0.1264。以此法對(duì)各工況進(jìn)行加權(quán)系數(shù)求取，處理結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)不同工況的加權(quán)系數(shù)

1.3.2載荷譜合成

在已獲得的各工況環(huán)境譜（置信度為0.95，可靠度為0.9）的基礎(chǔ)上，根據(jù)各工況在全壽命周期內(nèi)所占停留時(shí)間比例，采用加權(quán)疊加方法合成，獲得轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)載荷譜，如圖8所示。

圖8 轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)載荷譜

1.4試驗(yàn)載荷的修正

現(xiàn)有的測(cè)試數(shù)據(jù)是在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試車(chē)過(guò)程中測(cè)得的，考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)在外場(chǎng)使用過(guò)程中由使用條件差異導(dǎo)致的振動(dòng)環(huán)境惡化，對(duì)測(cè)試載荷進(jìn)行修正。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)限制值主要結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)外場(chǎng)的振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)獲得統(tǒng)計(jì)極限值來(lái)確定。

1.4.1發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車(chē)統(tǒng)計(jì)極限值

取置信度為0.95，可靠度為0.9，根據(jù)式（3）確定容差上限系數(shù)，根據(jù)不同臺(tái)份發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器的最大量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，確定整機(jī)試車(chē)的振動(dòng)統(tǒng)計(jì)極限值為35g（容差上限系數(shù)為1.97）。

1.4.2發(fā)動(dòng)機(jī)外場(chǎng)試飛統(tǒng)計(jì)極限值

在獲得發(fā)動(dòng)機(jī)試飛數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對(duì)外場(chǎng)試飛數(shù)據(jù)進(jìn)行振動(dòng)量值統(tǒng)計(jì)，確定轉(zhuǎn)速傳感器外場(chǎng)試飛的振動(dòng)極限值為42g（容差上限系數(shù)為2.69）。

1.4.3發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)載荷修正系數(shù)的確定

通過(guò)對(duì)比發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)外場(chǎng)統(tǒng)計(jì)極限值，確定載荷修正系數(shù)為1.2，按照該倍數(shù)對(duì)內(nèi)場(chǎng)振動(dòng)載荷進(jìn)行放大。

1.4.4修正后的試驗(yàn)載荷修正后的振動(dòng)試驗(yàn)載荷如圖9所示。

圖9 轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)試驗(yàn)載荷譜（修正后）

2　轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)試驗(yàn)要求及驗(yàn)證

2.1試驗(yàn)要求

根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)總師單位提出的基于振動(dòng)疲勞次數(shù)的試驗(yàn)要求，轉(zhuǎn)速傳感器需要按照發(fā)動(dòng)機(jī)裝機(jī)實(shí)際工作載荷進(jìn)行研制，并在不同軸向累計(jì)完成振動(dòng)疲勞4×107次，驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)完整性，振動(dòng)試驗(yàn)要求如下。

2.1.1共振檢查

在5～2000 Hz范圍內(nèi)，以振幅為0.3 mm（5～40 Hz）、加速度為2g（40 Hz以上）、掃描速率不超過(guò)1.0倍頻程/min的正弦掃描振動(dòng)進(jìn)行3軸向的共振檢查，確定成品共振頻率。共振頻率定義為用于任何方向上放大因數(shù)（最大輸出振幅與輸入振幅之比）超過(guò)2倍的任一頻率。

2.1.2固定頻率試驗(yàn)

對(duì)于已找到的共振頻率，進(jìn)行高周疲勞共振試驗(yàn)。固定頻率駐留次數(shù)要求如下：

（1）5～90 Hz：反映低壓轉(zhuǎn)子基頻振動(dòng)特性，該頻段內(nèi)的共振頻率需進(jìn)行至少1×106次的振動(dòng)試驗(yàn)；

（2）90～276 Hz：反映高壓轉(zhuǎn)子基頻振動(dòng)特性，該頻段內(nèi)的共振頻率進(jìn)行至少3×106次振動(dòng)試驗(yàn)；

（3）276～2000 Hz：反映高壓轉(zhuǎn)子倍頻及風(fēng)扇轉(zhuǎn)子葉片氣動(dòng)激勵(lì)，該頻段內(nèi)的共振頻率需進(jìn)行至少1×107次的振動(dòng)試驗(yàn)。

產(chǎn)品如無(wú)共振頻率，需要補(bǔ)充進(jìn)行非共振點(diǎn)固定頻率試驗(yàn)。如果在5～276 Hz內(nèi)沒(méi)有共振頻率，需要以頻率為276 Hz進(jìn)行3×106次的振動(dòng)試驗(yàn)；如果在276～2000 Hz內(nèi)沒(méi)有共振頻率，需要以頻率為2000 Hz進(jìn)行1×107次循環(huán)的振動(dòng)試驗(yàn)。

3.1.3正弦掃描循環(huán)試驗(yàn)

產(chǎn)品在完成固定頻率試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，需要進(jìn)行5 Hz到2000 Hz再到5 Hz的正弦掃描循環(huán)試驗(yàn)，每個(gè)掃描循環(huán)為2 h，等效振動(dòng)次數(shù)為2.4×106次。振動(dòng)掃描循環(huán)數(shù)為

N=[40-（1×A）-（3×B）-（10×C）]/2.4（4）

式中：N為掃描循環(huán)數(shù)；A為5～90 Hz范圍內(nèi)，進(jìn)行固定頻率試驗(yàn)的頻率點(diǎn)數(shù)量；B為90～276 Hz范圍內(nèi)，進(jìn)行固定頻率試驗(yàn)的頻率點(diǎn)數(shù)量，如果沒(méi)有共振頻率，需要以頻率為276 Hz進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，此時(shí)B=1；C為276～2000 Hz范圍內(nèi)，進(jìn)行固定頻率試驗(yàn)的頻率點(diǎn)數(shù)量，如果沒(méi)有共振頻率，需要以頻率為2000 Hz進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，此時(shí)C=1。

2.2試驗(yàn)過(guò)程

2.2.1共振檢查

共振頻率的確定見(jiàn)表3。

表3 傳感器共振頻率

2.2.2固定頻率試驗(yàn)及載荷

由于產(chǎn)品的共振頻率分布均在1000 Hz以上，按2.1.2節(jié)要求需要補(bǔ)充進(jìn)行276 Hz下非共振點(diǎn)的固定頻率試驗(yàn)；根據(jù)傳感器安裝位置的實(shí)測(cè)正弦振動(dòng)載荷譜，確定傳感器固定頻率試驗(yàn)的振動(dòng)次數(shù)及載荷，見(jiàn)表4。

表4 傳感器固定頻率試驗(yàn)的振動(dòng)次數(shù)及載荷

2.2.3正弦掃描循環(huán)試驗(yàn)

正弦掃描循環(huán)試驗(yàn)需要在固定頻率試驗(yàn)累計(jì)循環(huán)數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)剩余疲勞次數(shù)確定掃描循環(huán)數(shù)N=[40-（1×0）-（3×1）-（10×3）]/（2.4）=2.92。對(duì)掃描循環(huán)數(shù)的計(jì)算結(jié)果N取整，確定每個(gè)軸向的掃描循環(huán)數(shù)為3，則產(chǎn)品每個(gè)軸向累計(jì)的振動(dòng)疲勞次數(shù)為4.02×107，滿(mǎn)足試驗(yàn)要求。

2.3試驗(yàn)結(jié)果

在振動(dòng)耐久試驗(yàn)過(guò)程中，產(chǎn)品完成了共振檢查和定頻試驗(yàn)。而在進(jìn)行X軸向正弦掃描試驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)品出現(xiàn)殼體裂紋、輸出斷路等故障現(xiàn)象，如圖10所示。產(chǎn)品承制單位確認(rèn)是由于焊縫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足導(dǎo)致殼體疲勞失效，線圈引線焊點(diǎn)在外殼裂紋處被拉斷導(dǎo)致斷路。承研單位針對(duì)暴露的故障和問(wèn)題，采取改進(jìn)焊接工藝、完善線圈繞制工藝等措施，改進(jìn)產(chǎn)品制造工藝。

圖10 轉(zhuǎn)速傳感器殼體裂紋

對(duì)改進(jìn)后的產(chǎn)品再次進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，上述問(wèn)題沒(méi)再發(fā)生。交付后隨發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試車(chē)和外場(chǎng)試飛，功能性能完好，在使用過(guò)程中尚未發(fā)生故障，試驗(yàn)結(jié)果表明：產(chǎn)品不會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)導(dǎo)致疲勞破壞。

3　結(jié)論

本文結(jié)合航空發(fā)動(dòng)機(jī)成品振動(dòng)試驗(yàn)的現(xiàn)狀，以轉(zhuǎn)速傳感器為研究對(duì)象，建立了轉(zhuǎn)速傳感器振動(dòng)試驗(yàn)載荷確定的工作流程和計(jì)算方法，確定了基于發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的正弦振動(dòng)載荷譜，提出了基于疲勞次數(shù)的振動(dòng)試驗(yàn)方法并完成了產(chǎn)品的試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明：該方法科學(xué)合理，考核有效，有利于提高成品的可靠性水平，對(duì)其他類(lèi)型成品的振動(dòng)試驗(yàn)載荷確定也具有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王桂華，劉海年，張大義，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)成附件振動(dòng)環(huán)境試驗(yàn)剖面確定方法研究[J].推進(jìn)技術(shù)，2013，34（8）：1101-1107. W ANG Guihua，LIU Hainian，ZHANG Dayi，et al.Study on formulating method for vibration environment test profiles of aero-engine accessories[J].Journal of Propulsion Technology，2013，34（8）：1101-1107. （in Chinese）

[2]趙帥帥，陳立偉，彭康，等.某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)環(huán)境統(tǒng)計(jì)[J].裝備環(huán)境工程，2015，12（1）：20-24. ZHAO Shuaishuai，CHEN Liwei，PENG Kang，et al.Statistical estima-tion of vibration environment for a certain aero-engine [J].Equipment Environmental Engineering，2015，12（1）：20-24（.in Chinese）

[3]中國(guó)人民解放軍總裝備部.GJB150.16A-2009軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法：第16部分振動(dòng)試驗(yàn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009：20-74. The General Armament Department of the People’sLiberation Army of china.GJB150.16A-2009 Laboratory environmental test methods for military materiel-part16：vibration test[S].Beijing：Standards Press of China，2009：20-74（.in Chinese）

[4]中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所.HB5830.5-1984機(jī)載設(shè)備環(huán)境條件及試驗(yàn)方法[S].北京：中華人民共和國(guó)航空工業(yè)部，1985：13-17. Chinese Aviation Composite Technology Research Institute.HB5830. 5-1984 Environmental conditions and test methods for airborne equip-ment[S].Beijing：Ministry of Aviation Industry of the People’sRepub-lic of China，1985：13-17（.in Chinese）

[5]The United States Naval Air Command.MIL-E-5007D：engines，air-craft，turbojet and turbofan，general specification for military specification[S].USA：Department of Defense，1973：20-25.

[6]劉海年，劉志強(qiáng)，張大義，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)成品振動(dòng)環(huán)境分析與試驗(yàn)載荷譜確定[J].航空維修與工程，2013（4）：63-65. LIU Hainian，LIU Zhiqiang，ZHANG Dayi，et al.Study on the vibration environment characteristics and test spectrum of aero-engine acces-sories [J].Aviation Maintenance & Engineering，2013（4）：63-65.（in Chinese）

[7]何峻，蘇中高，劉芳.航空發(fā)動(dòng)機(jī)附件試驗(yàn)要求研究[J].航空工程進(jìn)展，2012（4）：468-475. HE Jun，SU Zhonggao，LIU Fang. Research on the requirements of aero-engine accessories’tests [J].Advances in Aeronautical Science and Engineering，2012（4）：468-475.（in Chinese）

[8]中國(guó)人民解放軍總裝備部.GJB/Z 126-99振動(dòng)、沖擊環(huán)境測(cè)量數(shù)據(jù)歸納方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999：2-11. The General Armament Department of the People’s Liberation Army China.GJB/Z 126-99 The inductive methods for environmental mea-sured data of vibration and shock [S].Beijing：StandardsPressofChina，1999：2-11.（in Chinese）

[9]中國(guó)人民解放軍總裝備部.GJB899A-2009可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009：118-143. The General Armament Department of the People’sLiberation Army of China.GJB899A-2009 Reliability testing for qualification and produc-tion acceptance [S].Beijing：China Standard Press，2009：118-143.（in Chinese）

[10]吳長(zhǎng)波，敬發(fā)憲，崔海濤.航空發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)傳感器安裝座振動(dòng)特性數(shù)值分析方法[J].燃?xì)鉁u輪試驗(yàn)與研究，2013（3）：25-30. W U Changbo，JING Faxian，CUI Haitao.Numerical analysis method for vibration sensor mounting housing of an aero-engine [J].Gas Tur-bine Experiment and Research，2013（3）：25-30.（in Chinese）

[11]強(qiáng)寧.基于TMS320F2812的航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)采集研究[J].電子測(cè)量技術(shù)，2008（11）：76-79. QIANG Ning. Research of rotating speed detection of aero-engine based on TMS320F2812[J].Electronic Measurement Technology，2008 （11）：76-79.（in Chinese）

[12]王儼剴，王理，廖明夫.航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)測(cè)振中的基本問(wèn)題分析[J].航空發(fā)動(dòng)機(jī)，2012，38（3）：49-53. W ANG Yankai，W ANG Li，LIAO Mingfu.Basic problem of aero en-gine vibration measurement[J].Aeroengine，2012，38（3）：49-53.（in Chinese）

[13]蘇尚美，馮國(guó)全，胡春艷，等.某型航空燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)振動(dòng)分析[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2014（2）：29-33. SU Shangmei，F(xiàn)ENG Guoquan，HU Chunyan，et al.Vibration analysis of an aviation gas turbine [J].Gas Turbine Technology，2014（2）：29-33.（in Chinese）

[14]楊玲，王克明，張瓊.某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)分析[J].沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008（5）：9-15. YANG Ling，W ANG Keming，ZHANG Qiong.Vibration analysis of a turbofan aero-engine[J].Journal of Shenyang Institute of Aeronautical Engineering，2008（5）：9-15.（in Chinese）

[15]ISE/NFE/4/6.BS ISO12107 Metallic materials fatigue testing statisti-cal planning and analysis of data [S].Britain：Authority of the Stan-dards Policy and Strategy Committee，2003：4-7.

（編輯：栗樞）

Formulation and Application for Vibration Test Loading Spectrum of an Aeroengine Revolution Transmitter

WANG Zhi-hui，LIU Hai-nian，ZHAI Yue，ZHANG Sheng
（AVIC Shenyang Engine Design and Research Institute，Shenyang 110015，China）

Abstract:Aeroengine accessory vibration was tested mostly according to correlative standards,in which the vibration test loads were not connected with vibration performance and vibration data of aeroengine,covering the potential problems in the test and frequently exposingi n the external field that seriously influenced the level of aeroengine reliability.Take an aeroengine revolution transmitter as the object of the research,the process and method of confirming a revolution transmitter vibration environment loading was reported in detail. The sinusoidal vibration test method based on fatigue time was proposed and the product validation was demonstrated,finding out the faults including shell crack,wire turnoff.It worked well after regression testing.The structural integrity of the revolution transmitter was validated by the sinusoidal vibration test method based on measured data,in which a new method for confirming the testloading and validating reliability level of transmitter can be proposed.

Key words:revolution transmitter；sinusoidal vibration；test loading；reliability；aeroengine

中圖分類(lèi)號(hào)：V216.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.13477/j.cnki.aeroengine.2016.03.016

收稿日期：2015-12-19

作者簡(jiǎn)介：王志會(huì)（1981），男，工程師，主要從事發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性設(shè)計(jì)、分析和試驗(yàn)工作；E-mail：lianyi_1212@126.com。