關(guān)于飛機發(fā)動機整機平衡的探討

曹明杰

常州蘭翔機械有限責(zé)任公司 江蘇常州 213000

在飛機的動力系統(tǒng)中，發(fā)動機是其中的核心部分，而且在飛機裝配中也占有非常重要的位置。在發(fā)動機的表面上分布著比較復(fù)雜的管路，有著繁瑣的安裝軌跡，可運用轉(zhuǎn)子動平衡技術(shù)促進(jìn)飛機發(fā)動機實現(xiàn)整機平衡的目標(biāo)。

1 安裝飛機發(fā)動機有較高的技術(shù)難度

發(fā)動機的安裝在質(zhì)量會在很大程度上影響到飛機的整體性能，從實際情況來看，航空發(fā)動機有著比較大的體積重量，內(nèi)部結(jié)構(gòu)體系也非常精密復(fù)雜，并沒有特別大的安裝空隙。在飛機裝配的工作中，難度最大的操作之一就是安裝高質(zhì)量、高效率的發(fā)動機。從當(dāng)前的發(fā)展情況來看，國內(nèi)團隊在安裝飛機發(fā)動機的工作中會運用手工模式，其中還有一些問題需要解決。首先是自動化精度不高，在安裝整個發(fā)動機的過程中，反復(fù)調(diào)整發(fā)動機的位置姿態(tài)需要完全依賴于人工，也不能實現(xiàn)多軸聯(lián)動調(diào)整的目標(biāo)，人工操作耗時耗力，而且勞動強度也很大。其次，調(diào)資精度不夠高，在調(diào)整發(fā)動機的位置姿態(tài)時，缺少精準(zhǔn)的伺服控制，完全憑借人的操作經(jīng)驗進(jìn)行，缺乏精確的測量，也沒有反饋，通過人眼來觀察，因此精度不夠高，而且可靠性也比較差，發(fā)動機也容易遭到磕碰[1]。最后，飛機發(fā)動機的安裝效率不夠高，完成發(fā)動機的安裝需要多人進(jìn)行協(xié)同合作，并認(rèn)真觀察和操作，在實際的工作中誤操作的情況時有發(fā)生，甚至有時還需要返工。

2 精確計算發(fā)動機轉(zhuǎn)子的不平衡量

實際安裝時有可能會出現(xiàn)發(fā)動機轉(zhuǎn)子不平衡的情況，計算發(fā)動機轉(zhuǎn)子不平衡，需分析發(fā)動機轉(zhuǎn)子的組成，主要包括兩部分，分別是壓氣機轉(zhuǎn)子和渦輪盤轉(zhuǎn)子，運用聯(lián)軸器將這兩部分連接起來，此時轉(zhuǎn)子就會由前、中、后三個轉(zhuǎn)子達(dá)到支撐的效果。將壓氣機轉(zhuǎn)子作為研究對象，并推導(dǎo)出計算公式，所得到的結(jié)論在渦輪盤轉(zhuǎn)子中同樣適用。計算過程用到的參數(shù)有轉(zhuǎn)子第i級葉片第j個插槽上葉片的質(zhì)量、質(zhì)心向徑、位偏角的設(shè)計值和誤差值。將葉片質(zhì)心的設(shè)計位置設(shè)置在平面距平衡位置平面的距離設(shè)為l，在本次計算中平衡平面為I，軸向間距為L，理論幾何軸線與坐標(biāo)系Z相互之間是重合的關(guān)系，原點A也處在I面上。用H來表示質(zhì)心向經(jīng)與平面間的夾角。轉(zhuǎn)子與平面相互之間會存在不平衡量，可以使用質(zhì)經(jīng)積來表示這一參數(shù)。在理論設(shè)計上，是把轉(zhuǎn)子的不平衡量設(shè)為0，相對于L質(zhì)心位置的軸向誤差屬于微量級別，因此可以對軸向誤差忽略不計。

3 科學(xué)評估整機不平衡量的大小

對整機不平衡量進(jìn)行大小評估u，會把發(fā)動機結(jié)構(gòu)、制造精度結(jié)構(gòu)作為依據(jù)資料。各級葉片尺寸的極限偏差的相對名義尺寸是在10-6數(shù)量級以上，所產(chǎn)生的極限偏差其相對差大約是1f10，。使用來表示誤差的隨機性。把軸承徑向跳動、各軸頸的圓柱度、同軸度、軸承座的同軸度考慮在內(nèi)，以達(dá)到方位不完全重合的目標(biāo)。評估整機的不平衡性還印蓋考慮到轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、葉片的材料、轉(zhuǎn)子相對于Z軸的不平衡量，確定出整機不平衡量在前、中、后軸承處相對于轉(zhuǎn)子不平衡量的比值。會對整機平衡產(chǎn)生明顯影響的有轉(zhuǎn)子、軸承、軸承座的形位公差和裝配誤差。展開裝配工作時，要注意對各間相對方位的有效調(diào)整，在調(diào)整徑向間隙的工作中，需要以軸承間隙和裝配過盈量來完成，同時實現(xiàn)確保軸承極限轉(zhuǎn)速和降低整機不平衡量的目標(biāo)。相比于整機不平衡量轉(zhuǎn)子不平衡的增大量是有限的，展開分析工作要包含方位搭配以及是否存在其他故障的情況，盲目的硬性加重是不可取的，從而避免發(fā)生經(jīng)濟損失。

4 運用極小化最大殘余振動實現(xiàn)平衡配重優(yōu)化

平衡配重優(yōu)化是轉(zhuǎn)子動平衡中一個較為關(guān)鍵的研究內(nèi)容，要想有效提高平衡配重，就需要優(yōu)化平衡效果。對平衡方程組進(jìn)行求解，如果得到的平衡配重與動平衡的要求不相符合，就需要引入可行的優(yōu)化算法，以實現(xiàn)對平衡配重值的計算，使得最終獲得的平衡配重值符合相關(guān)要求。假如在平衡后，存在一些測點其殘余震動超標(biāo)，又或者是經(jīng)過計算獲得的平衡配重值比較大，明顯高于實際可加的配重，就說明最終獲得的平衡配重值不符合動平衡的要求[2]。能夠減小最大殘余振動值的計算方法是加權(quán)最小二乘法，在此之后還需要盡可能的降低最大殘余振動，所使用的計算方法是極小化最大殘余振動的方法，該方法的執(zhí)行依據(jù)是MINMAX優(yōu)化原理和攝動原理，另外還可以使用其他的優(yōu)化方法來獲得最大殘余振動的極小值。

5 結(jié)語

綜上所述，本文研究飛機發(fā)動機整機平衡相關(guān)內(nèi)容，認(rèn)為安裝飛機發(fā)動機有較高的技術(shù)難度，需精確計算發(fā)動機轉(zhuǎn)子的不平衡量，科學(xué)評估整機不平衡量的大小，運用極小化最大殘余振動實現(xiàn)平衡配重優(yōu)化，通過增加配重，有效平衡隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)部分所引起的不平衡[3]。