航空发动机振动测试系统探讨

航空发动机振动测试系统探讨
作者：郝思明
来源：《科学与财富》2017年第35期
摘要：为了保证航空发动机设备在振动测试方面有良好的效果，系统设计人员要能认识到飞机发动机设备振动检测结果数据对设备监测工作的重要性，并能结合实际的检测工作需要以及发动机设备振动特点，进行科学航空发动机设备振动检测分析。

本文就航空发动机设备振动检测系统进行了分析。

关键词：航空；测试；振动
现代电子设备的发展对航空方面发动机设备振动测试也产生了影响，通过新型电子设备的运用就能在保证发动机设备测试结准确性的同时，简化操作流程、提升检测的效率，而由于发动机设备是飞机正常飞行的基础，因此现代航空领域也对飞机发动机设备振动测试有更高的要求，需要设计人员能设计出更贴合测试实际需要的系统程序。

1 飞机发动机设备振动分析
在对飞机发动机设备进行振动分析检测的时候，常会根据的种类以及特点进行划分，将振动划分为正弦类型振动、随机类型振动、设备复合类型振动、设备扫描类型振动、设备定频类型振动，这些振动类型基本涵盖了在对飞机发动设备进行检测阶段所需要进行检测的方面。

而完成对发动机设备振动情况的检测之后，常会使用振幅数值、振动速度数值以及加速度数值来对振动的实际情况进行描述。

并且在振动测试当中所获得各种实验数值不能直接被用来进行实验分析，需要能对这些数据进行进一步的处理之后，这些数据才能被用作后续项目的研究。

试验的原始记录数据是参量的时间历程（位移、速度或加速度等量值与时间的关系），通过直观分析可将数据分为瞬态的，周期的、随机或非随机持续非周期的三种，进而在时域（包括时差域，即自变量为两信号的时间差）、频域或幅值域三大域中进行统计分析、相关分析和谱分析，从而得到表征时间历程特征的各种函数，具体如图1所示。

图1 振动测量时间历程分析
2 飞机发动机设备振动情况概述
在对飞机发动机设备进行振动分析的时候，振动检测系统表现出了良好的效果，同时该系统也能被用作压缩机设备、燃气轮机设备、大功率发电机设备等大型旋转机械设备的检测方面。

在运用这一检测系统进行设备检测的时候，成功采用了频域数据分析技术、时域数据分析技术，这样更全面的检测出各种设备异常运行情况的信息，促进设备数据检测效果的提升。

在检测系统中融合了先进分析技术以及检测理念之后，设备无论是在常规的运行状态下，还是在
设备处在加速运行、减速运行状态的时候，都能借助设备的强大处理能力，精准的捕捉关键信息数据，比如设备实际转速或者是相应的振动信号，并能对这些数据进行相应的处理。

3 关于航空发动机设备振动检测设备的需要
现代航空发动机设备的振动检测装置通常有两种类型，一种是磁电类型的检测设备，一种压电类型的检测设备，这两种检测设备在传感器设备类型、索引信号范围以及设备安装位置方面都有一些特点。

3.1 硬件系统性能分析
在进行系统设计的时候，为了保证信息数据收集效果，该检测系统使用NI公司所生产的，一款以USB总线为通信基础的32通道类型说句采集卡，还搭配有16位类型的AD转换器，在实际的设备运行中，该系统的数据采样率数值达了每秒2兆。

同时，NI公司制造的装置在进行读写的时候，通常是基于消息传输以及处理设备的智能化，这样也就能实现USB装置在数据传输方面的双向高速传输。

3.2 振动检测系统运行原理
在对振动参数进行分析的时候，通常会采用转速换算方式以人工积分方式来对振动参数数据进行处理。

对于数据可以调用精密分析模块进行静态分析。

具体有三种。

a.时域波形分析，根据数据文件显示整周期的振动波形和相应的主要参数。

b.频谱分析，显示时域信号经傅里叶变换后得到的频谱图，给出主要分、倍频幅值的数字表格。

c.合成谱图分析，显示双通道信号合成后得到的二维特征谱图，如轴心轨迹、进动分析等。

多通道并行采集，确保不丢失特征数据，同时对振动信号进行谐波分析、相位分析、轨迹分析，从振动信号中提取转子运动的一、二、三阶正、反进动量，充分利用了过渡状态信息，提取明确的故障特征量，从而使得发动机振动监测与故障分析系统具有较高技术的监测可靠性和专用于发动机的针对性。

4 软件设计工作分析
软件设计采用了LabVIEW自带的信号处理VI，对示波界面、权限管理等子VI进行了编程，对采样频率、阶数以及带通滤波截止频率设置为输入模式，使用人员可以根据测试对象不同进行配置，并对位移、速度的最大值以及峰值进行数值显示，结合示波曲线可以更加直观地了解实时的振动数据。

数据采集程序如图2所示。

图2 数据采集程序框
5 诊断处理分析
在对飞机发动机设备进行故障诊断的时候，以振动数据为基础的数据诊断方式是最为有效的，并且也是目前使用频率较高的检测方式。

在通过将现代数据处理技术和振动检测技术相结合，这样就能在振动检测器上显示出发动机设备实际的运行情况，并借助计算机的强大处理能力对这些数据进行处理，在从众多数据中提取出有价值的信息，最终准确的判断出发动机设备的运行情况。

在当前的振动数据分析当中，常使用的分析技术包括波形分析方式、数据频谱分析方式、相位类型分析方式、运行趋势分析方式以及进动类型分析方式，通过在实际的检测中有效的使用上述各种分析方式，最终就能达到准确掌握发动机运行状态下各项数据的参数。

高压或低压转子的不平衡；发动机转子的热弯曲；发动机低压转子同心度装配；转动件与静子件碰摩，密封装置，叶片磨损；附件传动齿轮、轴承损坏；轴承座连接松动，转子支撑结构存在间隙；弹支刚度变化；挤压油膜阻尼器装配不当。

结束语
本系统以PCI-6363为硬件平台，LabVIEW2011为开发软件。

用户自定义采样率和脉冲参数，采集速度最高可达2M/s。

结果表明，本系统不仅能实现对模拟输入信号的高速数据采集，而且能将采集的数据以实时图形的方式正确地显示，具有较高的精度并采用了同步技术，从另外一个角度解决了在文本编程语言下实时图形绘制难的问题。

系统的扩展性好，应用面广，可实现对发动机维修中其他旋转设备振动参数的测量和分析。

参考文献
[1]王志.航空发动机整机故障诊断技术研究[D].沈阳航空工业学院，2007，1：3.
[2]孙海东，傅强.航空发动机振动监测研究[J].机械设计与制，1001-3997（2007）02-0127-02.
[3]张思.振动测试与分析技术[M].北京：清华大学出版社，1992.
[4]李德葆，陆秋海，等.工程振动试验分析[M].北京：清华大学出版社，2004.。