航空发动机振动测试技术研究

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1、航空发动机振动测试技术研究顾宝龙赵振平何泳闫旭陈浩远（中航工业上海航空测控技术研究所故障诊断与健康管理技术航空科技重点实验室，上海201601）摘要综述了航空发动机振动测量的必要性及发展现状，介绍了国内外正在发展中的先进航空发动机振动测量技术方法，并对它们的测量原理、特点和应用进行了阐述。关键词发动机振动测试Researchonaero-enginevibrationtestingtechnologyGuBaolongZhaoZhenpingHeYongYanXuChenHaoyuan(AviationIndustryCorporationofChinaShangha

2、iAeroMeasurement&ControlTechnologyResearchInstituteKeyLaboratoryofAviationTechnologyforFaultDiagnosisandHealthManagementResearch,Shanghai,201601)AbstractThispaperreviewsthecurrentstatusofdevelopmentandthenecessityofaero-enginevibrationtesting,introducesthedevelopmentofthedomesticandfore

3、ignadvancedtechnologyaviationenginevibrationtestmethods.Theirtestingprinciples，characteristicsandapplicationsaredescribed.Keywordsaero-enginevibrationtesting0引言航空发动机是飞机的心脏，是一种结构复杂、高速旋转的流体机械，其可靠性直接影响到飞机的飞行安全。随着科学技术的发展，航空发动机的推力、转速、动强度等在不断的提高，由转子不平和和气体流动等原因引起的振动问题日益突出，在新机研制试验过程中，由于设计考虑不足或制

4、造的工艺和装配问题，都会致使发动机在运行中产生振动；对于定型使用的发动机也会因为运输途中的磕碰，使用中的磨损、损伤及腐蚀使得其振动品质不断恶化。同时,发动机的工作状态不同于一般的旋转机械，处在高温、油雾和电磁干扰严重的恶劣环境中，对检测其振动特性的技术方法要求非常苛刻。如何以合理的方法,选择合适的振动传感器和振动测量仪,迅速准确地测量发动机的振动值对提高试验安全性和发动机可靠性具有重要意义。转子叶片是航空发动机的关键零件,它承受离心力、流体动力、振动、热应力等的综合作用，叶片的损坏故障绝大多数是由振动引起的，因此叶片振动测量已经成为航空发动机可靠性试验的重要内容。传统

5、的测量方法是接触式电阻应变片法，其最大缺点是所测量的数目有限，且测试成本高、测试周期长、使用寿命有限及信号引出困难等，很难做到实时监测同级的所有叶片的振动情况。前苏联科学家在上世纪六十年代提出了间断相位法对叶片振动进行测量，得到叶轮上所有叶片见应力分布的整个图片，为转子叶片的振动测量开创了一条新的途径。随着光电子学技术的迅猛发展，国外已经研制出了基于光纤传感器的叶尖定时测量法。最近，国外先进国家重点试验室又研制出了叶间动态压力诊断法，更适合于工业现场的应用。1发动机整机振动测量方法发动机振动测量可分为整机振动测量和部件（转子叶片）振动测量，其振动测量设备包括传感器、二

6、次仪表、记录和分析设备。通常利用加速度计和振动测量仪来测量并获取振幅、振动速度和振动加速度等参数；在发动机转子叶片贴应变片测量转子叶片振动。在整机振动测量中常采用电阻应变片法、磁电式速度传感器和压电式加速度传感器。电阻应变片法是在整机机身或者叶片上粘贴电阻应变片，利用集流器装置或安装在轴上的无线发射装置将应变信号传送到叶轮机械外部，经过前置放大处理，进行相关分析记录。该技术的测量精度较高，但整个粘贴过程较繁琐，布线复杂，可靠性差。而且应变式传感器的工作寿命较短，环境适应性差，自身的荷重和体积也会影响待测件的特性。磁电式速度传感器检测方法是利用电磁感应原理，通过振动产生

7、磁电信号，其信号与振动速度成正比，经过信号解调获得振动信息。该方法特别适用于高稳定速度式振动检测，但由于其结构复杂、内部有活动部件、响应频率低、体积大等缺点，不适用于高频范围的测量，其地位正逐步由压电式加速度传感器所代替。在发动机振动测试中，使用最多的是压电加速度传感器。该传感器选用高居里温度的压电晶体元件，最高使用温度可以达到650℃，具有较高的稳定性和可靠性。压电式加速度传感器的工作原理是依据压电材料的压电效应，输出的信号与振动加速度成正比，通过积分电路及二次放大，用示波器显示振动加速度的总和。与其他传感器相比，压电式加速度传感器具有体积小、寿命