航空發(fā)動機試車現(xiàn)場振動測量的干擾與排除 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)動機有著內(nèi)在的復(fù)雜構(gòu)架，高溫運轉(zhuǎn)之中的這類發(fā)動機經(jīng)常凸顯振動，應(yīng)當(dāng)依循動力學(xué)特有的根本機理予以測量。在試車現(xiàn)場中，要采納振動測試這樣的技術(shù)來調(diào)控發(fā)動機常態(tài)的振動，排除振動的干擾。優(yōu)化發(fā)動機內(nèi)在的裝配流程，提升了測量振動的精準性。對于此，解析了試車現(xiàn)場測量振動的常見干擾，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)動機;試車現(xiàn)場;振動測量;干擾;排除

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

中圖分類號：V263.6? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）22-0135-02

0? 引言

航空飛機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)動機作為影響飛機飛行情況的重要因素。為了能夠確保航空發(fā)動機的穩(wěn)定運行，需要針對航空發(fā)動機實施試車試驗，對其性能水平、適用性、耐久性等進行評估。航空發(fā)動機內(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)的整機振蕩，這種振動顯現(xiàn)了隨機的特性。常規(guī)狀態(tài)下，局部發(fā)動機凸顯了較高的總溫度，受到電磁的、油霧等的干擾，振動測量由此增添了疑難。針對試車的流程，要現(xiàn)場測定精準的振動值，選取最適宜的測量儀及傳感器。解析測量流程內(nèi)的多樣干擾，這樣的基礎(chǔ)之上才可著手去排除，保證振動測量活動的有序進行。

1? 航空發(fā)動機試車現(xiàn)場振動測量技術(shù)概述

試車振動含有雙重的測量流程：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;第二類流程為，依循動態(tài)分析可得的信息來解析頻譜，辨識各時段內(nèi)的振動信號[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)縮減潛在的測量干擾。發(fā)動機試車必備多類的現(xiàn)場設(shè)備，例如變頻器、測功機及布設(shè)的發(fā)電機、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信號。這樣的情形下，振動測量將會縮減應(yīng)有的可靠性。為了規(guī)避多重的現(xiàn)場干擾，要及時查驗周邊干擾并且予以排除。詳細來看，振動測量可分成接觸式的、非接觸式這樣的測量。

1.1 接觸式振動測量

接觸式這樣的振動測量針對著發(fā)動機各類的振動。發(fā)動機布設(shè)了必備的測量體系，測振含有內(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)控獲取的精準信息。搜集發(fā)動機傳遞的電荷，經(jīng)由轉(zhuǎn)換流程并且放大初始的信號，調(diào)理了總體的電荷量。檢波依循的系統(tǒng)銜接著信號分析必備的動態(tài)儀器，輸出了交流信號。

傳感器模塊搜集可得試車各時段的精準信號，這類模塊緊密銜接著傳感器，葉尖可以定時。傳感器布設(shè)了葉尖形態(tài)的測頭，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，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 非接觸式振動測量

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

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)水準的運轉(zhuǎn)成效，儀器化水準也在提升。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特有的信號經(jīng)由放大器、銜接的電路等而被變成脈沖信號。系統(tǒng)有著本體的動態(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。實時采集數(shù)據(jù)時，光纖傳感器整合了同步的葉根，驅(qū)動電路供應(yīng)了更為可靠的運轉(zhuǎn)保障。與此同時，非接觸測量也消解了不穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，測量將更為精確。

2? 振動測量中的干擾因素及排除對策

傳統(tǒng)測量采納的流程內(nèi)，發(fā)動機辨析了振動速率，傳感器設(shè)定了電動式特有的總體架構(gòu)。振動測量布設(shè)了二次儀表、銜接的放大電路，二者獲取了振動情形下的精準位移。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，振動狀態(tài)下的負荷值經(jīng)由換算可得振動位移。伴隨技術(shù)的進展，針對于振動現(xiàn)場內(nèi)的加速度設(shè)定了更精準的采集途徑。發(fā)動機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。條件準許時，可選取較窄這樣的濾波器以便設(shè)定分量，它表征著振動加速度。依托這樣的測量，直接測得了振動速率。不必經(jīng)由繁瑣的后續(xù)轉(zhuǎn)換，也縮減了測定數(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)場測量可得：測振儀銜接著的接地電源凸顯了較小數(shù)值的交變電壓。測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：多點接地增添了回路電流，它干擾了常態(tài)測振。從總體視角看，地線干擾凸顯了較大波動。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，實踐之中摸索并歸結(jié)了它的排除思路。

機箱及測振儀布設(shè)了一體外殼，它們被銜接成整體。縮減接地干擾，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振線都應(yīng)被確認穩(wěn)定，裝置內(nèi)的配件都不可松動。測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，要隨時查驗細微的斷裂現(xiàn)象[4]。受到場地約束，振動測量只能辨識中低頻這樣的傳遞信號;針對高頻信號，它還不能去測定。

2.2 變頻器的干擾及排除

試車步驟不可缺失供水，它擬定了精準的初始壓力，要調(diào)控這樣的壓力。調(diào)節(jié)各時段的供水壓力則要依托于變頻電機泵。若顯現(xiàn)了某一時點的尖峰，則要歸因于變頻器。常態(tài)運轉(zhuǎn)時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)。針對于試車體系，這些設(shè)備也凸顯了較大的現(xiàn)存干擾。測試流程獲取了變頻器附帶的干擾，某些情形之下的波動值會超越15mV。采集數(shù)據(jù)布設(shè)了經(jīng)由的通道，量級設(shè)定為mV。借助于動態(tài)分析特有的儀器來辨識頻譜。開啟了變頻器將會凸顯高次諧波，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。在測振儀的周邊可增添搭配的隔離電源，它隔離了測振儀及布設(shè)的接地。此外，為了可以避免通道電壓波動給振動信號帶來一定影響，振動信號還要增添原有的抗干擾特性，需要放大振動信號，能夠強化其抗干擾性能，消除電壓波動中的劇烈干擾，確保測量結(jié)果的準確度。通過這些措施的使用，可以有效減少車臺振動干擾，電壓波動給振，動信號造成的干擾縮小數(shù)倍，幾乎不會給振動測量工作帶來影響。

3? 影響振動測量的干擾信號注意事項

第一，在安裝測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)松動的現(xiàn)象。其中測振線低電位網(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，在實驗室以及現(xiàn)場分別對振動傳感器的頻響、幅值進行分析和檢定，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。在實驗室內(nèi)檢定結(jié)果合格的傳感器在現(xiàn)場環(huán)境進行應(yīng)用時容易出現(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)場使用傳感器時需要收集高頻信號、中頻信號、低頻信號，由于收集信號的類型較多，會出現(xiàn)振動信號波動過大的現(xiàn)象，因此需要在現(xiàn)場驗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)動機的科研任務(wù)量也逐漸增加，如果仍然使用以往的檢驗方式，難以滿足科研活動需求，不利于提高航空發(fā)動機的試驗效果。運轉(zhuǎn)態(tài)勢下的發(fā)動機很難規(guī)避多樣故障，故障流程表現(xiàn)出復(fù)雜性，給后續(xù)發(fā)動機的運行和使用帶來了影響。發(fā)動機振動可歸結(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)動機振動，擬定明晰的工藝參數(shù)，在航空發(fā)動機試車現(xiàn)場經(jīng)常會使用接觸式或者非接觸式振動測量技術(shù)進行檢測，經(jīng)過實踐的累積，歸結(jié)可得珍貴的測量經(jīng)驗。在測量過程中會受到多個因素的干擾，其中地線以及變頻器是主要的干擾因素，要注重查驗測量之中的干擾，排除干擾以此來確保測量是精準的。

參考文獻：

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