航空发动机振动检测与诊断
航空发动机振动监测技术-教学PPT课件
三、振动监测系统的组成 振动监测系统：预处理、报警和结果输出、数据库、 数据采集、数据传输和通信及监测分析。 振动监测过程：振动测量、振动信号处理、故障特征 提取、状态识别。 振动监测系统的主要功能： 1、数据存储与显示。 2、系统的信号分析与处理 3、数据管理
1、振动测量: ①振点：传统做法是振点选择在外部机匣上， 新型发动机振点转移至内部转子支撑点。 ②参数：振动位移、振动速度、振动加速度。
控制附面层分离的措施
1、分离点的位置靠后流动阻力小，而分离点位置与流动状态与物面形状有 关。改变物面形状，流线型光滑物面-----层流段延长。
2、若附面层分离不可避免时，还可通过增加边界层内的流体流 量，如吹气、吸气、前缘缝翼减小分离区域。
高尔夫球进化史
层流附面层更易分离，而湍流边界层不易分离，改变物面粗糙 度,分离点后移，尾迹变窄。
等进行测量
设备、传感器、测振仪
中使用广泛
3、航空发动机振动测量系统 1、振动传感器 电动式速度传感器，产生的电信号与振动速度呈正比 随技术更新已淘汰；压电加速度计根据压电效应设计， 电信号与振动加速度成正比。
2、振动测量分析仪 分析仪有四类： ① 最简单的振动测量分析仪 ② 专门设计的自动跟踪转速滤波技术的振动测量分析
仪 ③ 运用快速傅里叶变换技术的数字式振动信号分析仪。
国外发展较快。 ④ 机载发动机数字式振动监视仪，分析加速度计所测
的信号并生成及存储发动机振幅和相位的数据。波 音、空客、麦道均MICROTRAC的仪器。
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2、振动测量方法:
名称 电测法
机械法
原理
优缺点及应用
航空发动机振动故障诊断及预测方法研究
航空发动机振动故障诊断及预测方法研究随着民航产业的快速发展和航空业的普及，如何提高航空安全性、降低事故率成为了各方面关注的焦点。
与此同时，航空发动机振动故障也逐渐被重视起来。
本文将针对航空发动机振动故障的诊断和预测方法进行探讨。
一、航空发动机振动故障的种类和原因航空发动机振动故障大致分为四类：疲劳、失衡、机件松动、流体动力学。
其原因主要包括发动机零部件的磨损、使用过程中的自然老化、过度负荷、拖行、差错安装等因素。
而航空发动机振动故障的几种导致原因上述的因素都有可能起到作用。
同时，由于航空发动机的使用频繁、工作强度大，加之工作环境复杂，航空发动机振动故障难以避免。
二、航空发动机振动故障的诊断方法在遇到航空发动机振动故障的情况时，如何进行快速有效的诊断成为了需要解决的问题。
航空发动机振动故障的诊断方法大致可分为两类：非侵入式和侵入式。
1. 非侵入式诊断方法非侵入式诊断方法主要是利用飞行数据记录器（FDR）和数据采集系统（DAS），通过记录飞行数据来判断航空发动机的振动情况。
需要注意的是，这种方法通常是监测整个飞行过程中的振动情况，但难以解决隔离特定零部件的振动故障。
2. 侵入式诊断方法侵入式诊断方法主要是通过航空发动机的故障维修手册（FIM）进行故障诊断。
在此过程中，需要较高的技能水平和专业知识，对维修人员的职业素质也有较高要求。
这种方法的优点是可以准确地确定振动故障的具体原因，进而给出相应的处理措施。
三、航空发动机振动故障的预测方法除了对振动故障进行诊断之外，如何预测航空发动机可能出现的振动故障并及时处理也是解决问题的一种方法。
航空发动机振动故障的预测方法主要是基于振动信号数据，通过振动特征提取、信号分析和预测模型构建等方法来实现。
目前主要的预测方法有：小波包分析、时频分析、稳健性全局最优化、灰色预测模型、支持向量机预测模型等。
值得注意的是，虽然以上预测方法各具特色，并且在实际应用中均取得了一定的效果，但预测模型的建立需要考虑不同航空发动机的特性，并结合不同的振动故障种类进行精细化处理。
航空发动机整机振动测量和分析方法
航空发动机整机振动测量和分析方法刘兵【摘要】目前国内仍有很多航空发动机试车台使用的是模拟振动测量仪,滤波和积分选择均需针对机型专门定制,灵活性不够,同时也不能分析振动频率,满足不了发动机振动分析的要求;选择合适的振动传感器、振动测量仪并采用合适的软件分析方法,迅速准确地测量发动机的振动值并分析振动频率是发动机厂、所对发动机整机台架试验的要求;在发动机整机振动测量选择了压电式加速度传感器并使用带有抗混滤波的差分放大器以消除频率混叠和共模干扰,编写了专门的振动分析软件,在振动分析软件处理中采用Butterworth滤波器和Flat Top窗函数;该方法能够满足发动机生产厂提出的通带平滑度≤±5％,阻带衰减大于-30 dB/倍频程的滤波要求以及对振动测量精度≤±5％的要求;通过研究提出的航空发动机整机振动测量方法准确可靠,能够满足发动机厂、所对试车台架整机振动测量的要求.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2019(027)005【总页数】5页(P22-25,43)【关键词】航空发动机;整机振动;滤波器;窗函数【作者】刘兵【作者单位】中航工程集成设备有限公司,北京 102206【正文语种】中文【中图分类】V216.80 引言航空发动机是一种结构复杂的高速旋转机械，旋转机械不可避免的会出现振动，而发动机的整机振动主要是转子不平衡引起的周期振动和发动机流道内气体流动、燃烧等原因引起的随机振动的复合，由于装配精度以及装配过程中动平衡的情况与发动机实际工况的差异，实际的发动机转子总是会存在一定的残余不平衡量。
发动机台架试车测量整机振动的目的是为了对发动机零部件加工、装配及转子动平衡的质量进行检验的一种手段。
目前国内仍有很多航空发动机试车台使用的是模拟振动测量仪，配套专门的振动传感器完成对发动机的振动测量，选择带有滤波和积分功能的振动信号放大器，滤波和积分选择均需针对机型专门定制，灵活性不够，同时也不能分析振动频率，满足不了发动机振动分析的要求。
飞机发动机转子振动特征提取方法诊断
的信息熵由下式给出
公式中，是10500转/分。
图1
图1示意图显示了发动机外壳上传感器布置的5个横截面位置。
如图1所示，在五个十字架上测量水平和垂直方向的套管振动部分。
表1给出了五个横截面上传感器的数量，位置和方向的说明。
表1五个横截面上的传感器位置和方向
横截面数量横截面位置描述测量点和方向的描述
第1-1节
第2-2节
第3-3节
第4-4节
第5-5节
在水平方向和垂直方向上的风机
通过中间的套管
通过在水平方向和垂直方向上的
低压涡轮
通过外部附件单元
通过齿轮减速器单元
2前缘的前轴承
2中点水平和垂直方向
2后点的轴承
2水平和垂直方向的外点
1的水平方向上点在发动机的钻机测试中，在不同的操作条件下测量振
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作者简介:尚坤（1993-），男，河南郑州人，
熵计算结果的一个例子。
143.12158.93157.81167.70170.31161.03
（a）IMF分量从1到4（b）IMF分量从5到8
图2正常发动机的EMD分析结果
（a）IMF分量从1到4（b）IMF分量从5到8
图3故障发动机的EMD分析结果。
航空发动机振动信号分析与诊断
航空发动机振动信号分析与诊断航空发动机的振动信号分析与诊断航空发动机是现代航空运输的核心组成部分，其性能的可靠性和稳定性是保障航空安全的重要因素。
然而，由于航空发动机作业环境恶劣，长期高速运转、受到飞行器载荷的变化等因素，使得航空发动机易受到各种机械损伤或性能下降的影响，使得发动机出现振动的情况，进而影响整个飞行的安全。
因此，对航空发动机振动信号进行分析与诊断显得尤为重要。
航空发动机振动的信号分析航空发动机的振动信号是指发动机在运转过程中产生的其各个零部件振动所产生的信号。
航空发动机振动的信号分析可以帮助工程师了解设备在工作过程中的状态，及时发现潜在的问题，并做出相应的调整和维护，从而保障飞行的安全。
目前，航空发动机的振动信号主要是通过传感器或其他技术手段进行测量、声学信号的采集和处理等步骤来完成。
该信号的采集和处理在技术层面上是非常成熟的，并且有一系列的工具和资源可以用来分析这种信号。
对于航空发动机振动信号的分析，工程师们需要结合实际需要，采用一系列的技术手段和工具进行有效的分析。
其中，有以下几个方面值得探讨：1.信号的频谱分析频谱分析是航空发动机振动信号分析的基础。
在信号的频域中，工程师们可以看到不同频率的信号和其幅值的关系，并进一步将其转化成对应的图表和带通滤波器等等。
2.信号的时域分析时域分析利用时域分析方法，通过分析原始信号的波形来确定信号的特性和处理方法，包括平均值和根均方值等等。
这种信号分析方法主要是基于傅里叶变换的算法。
这种算法可以将复杂的信号频谱分解成一连串的正弦和余弦函数，这些函数会被合并在一起描述信号的特性和时域特性。
3.谱分析法谱分析法是一种通过自动处理大量噪声数据来减少运行中的误判率的技术方法。
利用此方法，通常可以快速识别出可能存在的机械故障，从而迅速采取一系列应对措施，以保障发动机的运行安全。
航空发动机振动的信号诊断航空发动机振动的信号分析结束之后，接下来的关键是通过诊断分析技术，确定出振动的原因，并做出相应的维护和更换。
振动信号分析与故障诊断
振动信号分析与故障诊断振动信号是在很多机械设备中常见的一个现象。
通过分析振动信号，可以获取各种设备的运行状态和性能指标，进而进行故障诊断和预测。
振动信号分析与故障诊断在工业生产中具有重要的应用价值。
振动信号分析是指对振动信号进行处理、提取特征，并进行分析和诊断。
振动信号携带了机械设备的运行状态信息，包含了频域、时域和幅值等多维度的数据。
通过对振动信号进行分析，可以获得设备的各种振动特征，如振动频率、振动幅值、振动模态等。
振动信号分析的方法包括频谱分析、时频分析、小波分析等。
其中，频谱分析是最为常用的方法之一。
频谱分析通过将时域的振动信号转化为频域信号，可以清晰地展示出不同频率分量所占的比例。
通过观察频谱图，可以得出关于故障频率或共振频率的信息。
振动信号的故障诊断是指通过分析振动信号的特征和变化，判断设备是否存在故障，并确定故障的类型和原因。
常见的故障类型包括轴承故障、齿轮故障、偏心故障等。
不同类型的故障在振动信号中表现出不同的特征，如频率的变化、幅值的异常等。
轴承故障是振动信号中常见的故障类型。
轴承故障通常表现为频谱中出现明显的多个高频峰。
通过分析这些高频峰的特点，可以确定轴承故障的类型，例如滚珠疲劳、滚道剥皮等。
另外，轴承故障还会引起振动信号的幅值增大和频率的变化。
齿轮故障是振动信号中另一常见的故障类型。
齿轮故障通常表现为频谱中出现特定的频率分量，称为齿轮特征频率。
通过分析这些特征频率的变化和幅值的异常，可以判断齿轮故障的类型，如齿面磨损、齿根断裂等。
振动信号分析与故障诊断的应用范围广泛。
在制造业中，振动信号分析可以用来监测和评估设备的性能和健康状况。
通过对振动信号进行实时监测和分析，可以及时发现设备的故障和异常，采取相应的维修和保养措施，避免因故障带来的生产停顿和损失。
在航空航天领域，振动信号分析与故障诊断可以应用于航空发动机、飞机结构和飞行控制系统等。
通过对振动信号进行监测和分析，可以判断航空设备的性能和可靠性，并提前做好维修和更换的准备，确保航空器的安全运行。
某型航空发动机振动值摆动故障诊断
振动 、 测试 与 诊 断
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＶｉｒ ｔ ｎ， ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔ＆ Ｄｉｇ ｏ ｉ ｏ ｒ ａ ｂ ａ ｉ Ｍ ａ ｕ ｅ ｎ ｏ ｏ ａ ｎ ｓｓ
Ｖ ｏ ．３ ｏ．２ １ ２Ｎ Ａ ｐｒ ２ ． ０１２
某 型 航 空发 动机 振 动值 摆 动故 障诊 断
Ａ１＋ ２ Ａ１ ｃ ｓ （ １ ）＋ （１ ２］和 圆 ２ ＋２ Ａ２ｏ Ｌ ￣ 一 ｆ 一声）
频 为 专 的 动 号ｉ（ｌ 率 振 信 ｓ［１２＋ ｎ（Ｏ ＤＪ ７） － ２１ ． （ ） ］乘 成 ＋相组 。
关键词
航 空 发 动 机 ； 转 子 ； 振 ；摆 动 ； 号合 成 双 拍 信
Ｖ２ ５ ３
中 图分 类 号
压转 子 的振 动 ， 只能 通过 安装 在 机 匣上 的传感 器 间
引 言
在旋 转机 械 中 ， 拍振 现象 时有 出现 ｎ ， 般是 由 ］一
于系统 中一个 振源 的频率 接近 于另 一个振源 的频率 而引起 的［ ］ 某型 航空发 动机 在地 面试车 和飞行过 ２。
对 于 拍振 引 起 新［６ 杨 ４ ］ ｓ３ －采用 一种不 解“ ” 拍 直接 分离
ｚ２一 Ａ２Ｏ （ ２ Ｃ Ｓ ６ ｔ＋ ≯ ） ０ ２
（） ２
其 中 ： ， 。 别 为两个 振 动信 号 的 振 幅 ； ６ 分 分 ０ ０ ６ ，
对不同测点的振动信 号进 行了分析 ， 确定了拍振产生的原因和振源位置 。在此基础上 ， 对低 压转子振动、 高压转 子
振 动 及 附 件 传 动 轴 的 振 动 ３ 信 号 的合 成 规 律 进 行 了 仿 真 计 算 ， 出 了 该 型 航 空 发 动 机 振 动 值 摆 动 故 障 的排 除 方 个 提
基于振动信号的航空发动机故障诊断研究
图1 振动测点位置示意图=16384Hz，采样点时间间隔dt=1/f s=1/16384= 6.1×10-5s=0.061ms。
发生故障时高压13888r/min，此时高压转子旋转一圈的为16384×60/13888≈70.8个点，所1/13888×60≈4.3×10-3s=4.3ms；低4286r/min，此时低压转子旋转一圈的采16384×60/4286≈229.4个点，所需时1/4286×60≈1.4×10-2s=14ms。
2为故障时刻振动测点的时域波形细化图。
由图知：A时刻(6372.443726s)测点3出现波形即涡轮后机匣垂直测点异常；B时刻(6372.444336s)由图可知：在A时刻(6372.443726s)振动突增，高压基频幅值出现增大，低压基频振动幅值随后出现增大(6372.479126s),高低压基频突增时间相差约35.4ms 右。
因此，故障可以基本定位在高压转子。
高压基频幅值增大，可能原因有高压转子叶片丢失引起突加不平衡量、高压转静子碰摩、高压支撑刚度改变等因素。
图3 故障时刻测点3高低压转子基频幅值图2.3 振动突增与转速下降时刻对比发动机台架试车振动测试系统的转速求解一般采用正向求解方法，即通过计数单位时间内转速信号的波形个数正向求得，如图4（a）所示。
本文为得到更为精确的转速变化情况，采用逆向求解方法，如图4（b）所示，通过单个完整波形所用时间dt，反向推导出单位时间内波形个数n，n=1/dt。
在数据处理过程中应用到移动平均、重叠率等信号处理技术。
图5是高/低压转速下降与振动突增时刻先后图，由于故障时刻高/低压转速及转子传动系统的差异，低压转速每0.367ms计算出一个数据点，高压转速每0.214ms计算出一个数据点，振动值每0.031ms计算出一个数据点。
由图可知：A时刻（6372.443726s）测点图5 转速下降与振动突增时刻先后图轴承故障分析为判断发动机的故障是否造成涡轮后机匣附近高压转子支撑系统的轴承损坏，结合轴承信号的传递路径，针对发动机3号和4号轴承分别选取测点2（中介机匣水平）和测点3（涡轮后机匣垂直）的振动数据，提取轴承故障特征频率。
航空发动机振动故障诊断技术及发展趋势
航空发动机是结构紧凑的高速旋转机械，在运行过程中经常会出现振动方面的故障。
发展综合振动故障诊断技术，开展振动故障机理研究，是解决航空发动机振动故障的有效途径。
振动是航空发动机的一个重要监控参数，发动机在进行试验时，需要解决各种振动问题。
发动机振动之所以特别重要，是因为振动直接影响发动机的正常工作和寿命，如果发动机出现振动异常而不及时加以检查排除，就有可能造成严重的后果。
因此，航空发动机振动故障诊断一直都是航空发动机试验测试中的一个重要研究课题。
典型的发动机振动故障航空发动机的振动故障具有复杂性和随机性，引起发动机振动故障的原因多种多样，其振动故障现象各不相同，典型的航空发动机振动故障及其特征简要归纳见表1。
表1 典型航空发动机振动故障原因及振动特征发动机振动测量建立满足测试目的和要求的振动测量系统、选择相应的振动测量方法是开展振动故障诊断的重要基础。
振动测量系统振动测量系统包含测振托架、振动传感器、传输电缆、信号适调器、数据记录（存储）、分析仪和以计算机为中心的数据处理系统等部分。
测量时应合理布置振动监测点，选取并正确安装满足要求的振动传感器，选用符合要求的电缆并合理固定，确保绝缘性和屏蔽性，保证信号有效传输，避免干扰和失真。
目前，在航空发动机振动测量中，广泛采用的振动传感器是压电式加速度计，该类传感器具有频响范围较宽、体积较小、使用寿命较长等优点。
振动测量方法航空发动机振动测量分为静态和动态两种。
静态测量是在研制过程中为了获取发动机的静态振动特性和结构模型参数，采用加激励的方法进行测量。
动态测量是在发动机运转情况下进行的，用于实时监测发动机工作状态、诊断振动故障。
目前，航空发动机整机振动测量时，均采用振动位移、振动速度或振动加速度作为显示参数和限制参数。
一般说来，对于较低频率振动用振动位移进行显示和限制；对于中等频率振动用振动速度进行显示和限制；而较高频率振动则用振动加速度进行显示和限制。
从对发动机整机振动限制的基本要求和发展趋势看，选择用振动速度进行显示和限制相对较多。
航空发动机的振动与噪声分析
航空发动机的振动与噪声分析一、引言航空发动机是飞机的核心装备，因此其性能的稳定性和可靠性对于保障飞机的安全和运营至关重要。
然而，航空发动机在运行过程中会产生各种各样的振动和噪声，这些振动和噪声会对发动机和飞机的其他部位造成损害，影响飞机的安全性和使用寿命。
因此，对航空发动机的振动和噪声进行深入的分析和研究，对于提高发动机和飞机的性能和可靠性，有着重要的意义。
二、航空发动机振动的来源和影响（一）航空发动机振动的来源航空发动机振动主要来自于以下几个方面：1.气动力振动：由于流体在发动机内部的流动引起振动，例如气动力脉动、稳定振荡和涡激振荡等。
2.机械振动：由于发动机旋转部件的不平衡、偏心和失衡等原因引起的机械振动，例如旋转不平衡、转子动力学振动和齿轮传动振动等。
3.热振动：由于温度的变化引起的热膨胀和热应力等原因引起的振动。
4.控制振动：由于主要机构和辅助机构的振动控制不良、稳定性不足和调节不当等原因引起的。
（二）航空发动机振动的影响航空发动机振动的影响主要有以下几个方面：1.机械疲劳：振动是发动机疲劳和损坏的主要原因，长期的振动会引起旋转部件的疲劳裂纹和损伤。
2.噪声：振动会产生噪声，并通过外观结构传递到飞机的其他部位，影响飞机的安全性和使用寿命。
3.不良的舒适性：振动会影响机组人员和乘客的舒适性，同时也会影响飞行人员的工作效率和对发动机的观察能力。
4.其他方面：航空发动机振动还可能影响发动机的整体性能，例如燃油消耗、电力输出和环境污染等。
三、航空发动机噪声的来源和影响（一）航空发动机噪声的来源航空发动机噪声主要来自于以下几个方面：1.气体流动噪声：由于气体流动过程中产生的噪声。
2.旋转部件噪声：由于旋转部件的摩擦声和其他噪声引起。
3.内燃机噪声：由于内燃机原理产生的噪声，例如火花塞爆炸和燃烧噪声等。
4.排气噪声：由于排气过程中产生的噪声。
（二）航空发动机噪声的影响航空发动机噪声的影响主要有以下几个方面：1.人员健康：长期处于高噪声环境下可能会对人们的健康产生影响，例如失聪等。
航空发动机振动性能与性能的分析研究
航空发动机振动性能与性能的分析研究引言：航空发动机振动性能对于航空安全和机身寿命具有重要意义。
发动机振动分析研究可以帮助工程师评估发动机的可靠性、性能和寿命，以及确定可能导致故障的关键因素。
本文将探讨航空发动机振动性能与性能的分析研究，并介绍一些常用的振动分析方法和相关的应用。
1. 航空发动机振动性能的重要性航空发动机在正常运行过程中会产生振动，包括由气动力、机械力和燃烧力引起的振动。
这些振动会直接影响发动机的性能和健康状况。
因此，对航空发动机的振动性能进行分析研究具有重要意义。
振动性能的参数包括振动幅值、频率、相位和模态等。
通过对这些参数的研究和分析，可以评估发动机的可靠性、寿命，以及指导发动机设计和改进。
2. 航空发动机振动性能分析方法航空发动机振动性能分析是一个复杂的学科，需要运用多种分析方法和工具。
下面介绍一些常用的振动性能分析方法：2.1 频谱分析：频谱分析是一种广泛应用的方法，用于分析和研究振动信号的频率特征。
航空发动机振动信号通常是非平稳的，并且包含多个频率成分。
通过将振动信号转换到频域，可以得到它们的频谱图。
频谱分析方法可以帮助工程师识别振动成分，并评估其对发动机性能的影响。
2.2 振动模态分析：振动模态分析是研究振动结构的一种方法。
航空发动机可以看作是一个振动结构。
通过振动模态分析方法，可以确定发动机的振动模态、固有频率和模态形态等参数。
这些参数可以帮助工程师评估发动机的结构强度和运行安全稳定性。
2.3 有限元分析：有限元分析是一种数值方法，用于模拟和分析振动结构的动态特性。
航空发动机复杂的结构和工作环境要求采用高级的数值方法来进行分析。
有限元分析结合工程力学和计算方法，可以对发动机的振动情况进行全面的仿真和分析。
3. 航空发动机振动性能分析的应用航空发动机振动性能分析主要应用于以下几个方面：3.1 故障诊断和预测：通过对航空发动机振动信号的分析研究，可以识别潜在的故障和异常。
航空发动机振动测试与分析
航空发动机振动测试与分析随着现代飞机的飞行速度和高度不断提高，对于航空发动机的性能和安全性更是要求越来越高。
在发动机的设计和制造中，振动测试与分析是非常重要的一个环节。
本文将从航空发动机振动产生原因、测试方法以及分析结果等方面探讨航空发动机振动测试与分析。
一、航空发动机振动产生原因航空发动机进行振动测试的目的是为了判断其在使用过程中是否会出现不正常的振动现象。
那么，航空发动机为什么会产生振动呢？这个问题需要从以下几个方面逐一解答。
1. 不平衡不平衡是导致航空发动机振动的最主要原因。
当发动机部件的重量分布不均匀，或者质心与转轴不在同一位置时，就会引起不平衡。
这样，在高速旋转时就会引起离心力作用，导致整个发动机也发生振动。
2. 根扭根扭是指发动机转子以扭转模式振动的一种现象。
这种振动通常是由于转子的弯曲或者断面形状不均匀所引起的。
根扭会导致转子在高速旋转时发生扭动，进而会引起整个发动机的振动。
3. 机械共振机械共振是指发动机受到外界激励作用，发动机各部件均以共振模式振动时产生的一种现象。
机械共振往往是在特定的频率范围内发生，如果这种共振模式与发动机工作频率相似，那么就会导致整个发动机产生严重的振动。
二、航空发动机振动测试方法了解了航空发动机振动的产生原因，接下来我们来了解一下航空发动机振动测试的方法。
1. 简单的直接测量法直接测量法是指通过安装加速度计来测量发动机的振动情况。
这种方法简单易行，但是只能对整个发动机的振动情况进行监测，无法确定引起振动的具体原因。
2. 多点振动测试法多点振动测试法是指在整个发动机上安装多个加速度计，同时对每个加速度计的输出结果进行同步处理，以确定发动机各部件的振动情况，并尝试确定引起振动的原因。
多点振动测试法需要使用高精度的测量设备，且测试比较复杂，需要专业人员进行操作。
3. 模态测试法模态测试法是一种基于振动模态分析的测试方法，旨在研究发动机在不同振动模态下的自然频率和振动形态，以确定其振动特性和原因。
航空发动机性能检测与分析技术
航空发动机性能检测与分析技术1. 航空发动机检测的重要性航空发动机是飞机的核心部件，其性能稳定与否对飞机的运行以及乘客的生命安全都有着至关重要的影响。
因此，航空发动机的性能检测是航空运输领域中不可缺少的一环。
通过检测发动机的性能，可以及时发现潜在的问题并及时修复，确保发动机运行的安全和可靠性。
2. 航空发动机性能检测的方法航空发动机的性能检测需要使用到一系列的测试仪器和设备。
其中，可以用来检测性能的主要仪器有：燃油流量计、气压计、温度计、转速计、压力传感器等。
这些仪器可以通过实时监测航空发动机的各项参数，来评估发动机的工作状态，发现存在的问题，并对问题进行分析。
3. 航空发动机性能检测的内容在进行航空发动机性能检测时，我们需要关注的主要内容包括以下几个方面：（1）燃油消耗量。
燃油的消耗量是衡量航空发动机性能的一个重要指标。
通过监测燃油的消耗量，可以评估发动机的燃烧效率以及发动机是否存在漏油等问题。
（2）航空发动机压力。
发动机的压力是影响其工作效率的一个关键因素。
通过监测压力，可以评估发动机的压力状态，发现压力不足或华丽过大等问题。
（3）航空发动机温度。
发动机的温度状态对其工作效率也有着至关重要的影响，因此，在进行发动机检测时，需要对其温度状态进行监测，发现过热、过冷等问题。
（4）航空发动机震动情况。
航空发动机的震动状态会对其稳定性产生影响。
通过监测发动机的振动状态，可以发现可能存在的轴承损坏等问题。
4. 航空发动机性能检测的分析技术航空发动机性能检测不仅仅只是对各项参数的实时监测，还需要借助一些分析技术，对发动机的性能状态进行深入分析。
以下是几种常用的航空发动机性能分析技术：（1）经验分析法。
这种方法通常是根据历史数据或类似范例对性能进行分析，从而评估发动机的稳定性和可靠性。
（2）模型分析法。
这种方法通常是分析得到的基本数据，使用相应的数学模型对性能进行建模和分析。
（3）决策树分析法。
这种方法是根据现有数据的判断结果，从而进行进一步分析和判断。
航空发动机振动故障诊断技术研究
航空发动机振动故障诊断技术研究随着科技的快速发展，航空产业正在迅速发展。
然而，在航空发动机的运转中，振动故障是十分常见的，而这也是航空安全的头号威胁之一。
因此，科学家们一直在致力于研究航空发动机振动故障的诊断技术，目的是为了保障航空安全，确保每一次航班都能够安全顺利地完成。
航空发动机振动故障的危害航空发动机振动故障是指在发动机工作过程中，由于机械零部件的失配、磨损等因素导致的发动机振动过度，从而引起的设备故障。
这种故障会导致飞机在空中大幅度抖动、音量明显增大，甚至会导致飞机失去平衡，对飞行安全构成严重威胁。
航空发动机振动故障的原因航空发动机振动故障的发生原因可能有多种，主要包括以下方面：一、发动机失衡发动机失衡是指在旋转体（如发动机转子）周围，各部件的重量分布不均匀。
主要的失衡分为转子平衡、外壳平衡和整机平衡三种。
二、机体结构失衡在机体结构上，安装件的失配或紧固件的松动都可以导致机体结构失衡。
三、叶轮失衡由于叶轮的失衡、叶片的断裂和脱落等，都会导致振动故障的产生。
航空发动机振动故障的诊断技术为了及时排除航空发动机振动故障，科学家们开发出了一系列诊断航空发动机振动故障的技术。
一、振动传感器诊断技术振动传感器诊断技术是应用振动传感器对航空发动机振动进行实时监测，在发现振动问题时，及时对故障进行定位并进行处理。
二、功率谱分析技术功率谱分析技术是将航空发动机的振动信号转换成频谱图，根据频谱图的变化规律，来分析航空发动机的故障原因。
三、模态分析技术航空发动机模态分析技术是通过录音和分析航空发动机的噪音、振动等特征，来确定故障点的位置和故障部位，并进行有效的处理。
四、神经网络识别技术神经网络识别技术是将航空发动机振动信号通过神经网络识别算法进行分析，以便确定故障原因以及定位位置，并进行有效的处理。
航空发动机振动故障诊断技术的应用航空发动机振动故障诊断技术的应用，可以有效地保障飞行安全，同时也可以降低航空公司运营成本。
某型航空发动机振动值波动故障诊断和排除
第 44 卷第 2 期2024 年 4 月振动、测试与诊断Vol. 44 No. 2Apr.2024 Journal of Vibration，Measurement & Diagnosis某型航空发动机振动值波动故障诊断和排除∗丁小飞1，2，廖明夫1，韩方军2，王俨剀1（1.西北工业大学动力与能源学院西安，710072）（2.中国航空发动机集团沈阳发动机研究所沈阳，110015）摘要针对某型航空发动机试车过程中的稳态振动波动问题，开展了时域和频域分析，指出振动波动是由于低压2倍频和高压基频振动拍振所引起。
推导了航空发动机拍振引起的振动响应，建立了某型航空发动机双转子动力学模型，并进行了仿真分析。
仿真结果表明，当发动机两个激振力频率相近时，会产生拍振引起振动波动，仿真结果与试验结果相吻合。
结合发动机结构和其工作特点，分析了发动机形成低压倍频⁃高压基频耦合拍振的条件，给出了拍振排除方法，并通过试验验证了方法的正确性。
工程上可以通过调整高压和低压转子转差关系，将转速比调整到合理范围内即可消除拍振。
关键词航空发动机；双转子；拍振；振动波动中图分类号V231.96引言航空发动机整机振动问题是制约发动机发展、影响发动机结构完整性和可靠性的关键故障之一［1］。
针对航空发动机整机振动的故障特征和识别问题，国内外学者在航空发动机不平衡［2⁃3］、不对中［4⁃5］、热变形［6］、碰摩［7⁃8］和积油［9］等方面开展了大量的仿真和试验研究，得到了典型的振动特征和表现。
多数工作是基于理论和试验开展的单一影响因素的分析研究，但在实际工作过程中，航空发动机整机振动的特点是多频、多源耦合的振动［10］。
现代涡扇发动机均采用双转子甚至三转子结构［11］，同时又存在复杂的连接结构，在装配过程中大多数工艺参数难以测量，无法保证装配质量的重复性［12］，导致航空发动机整机振动问题异常复杂。
当两个激振源比较接近时，发动机容易出现拍振现象，继而引发发动机振动监测值的波动。
航空发动机的振动分析与控制
航空发动机的振动分析与控制在现代航空领域，航空发动机被誉为飞机的“心脏”，其性能和可靠性直接影响着飞行的安全与效率。
然而，航空发动机在运行过程中不可避免地会产生振动，过度的振动不仅会影响发动机的性能和寿命，还可能引发严重的安全事故。
因此，对航空发动机的振动进行分析与控制具有极其重要的意义。
航空发动机振动产生的原因是多方面的。
首先，发动机内部的旋转部件，如涡轮叶片、压气机叶片等，由于制造误差、材料不均匀等因素，在高速旋转时会产生不平衡力，从而导致振动。
其次，气流的不稳定流动、燃烧过程的不均匀性以及机械部件之间的摩擦和冲击等，也会引起发动机的振动。
此外，发动机的安装方式、与飞机结构的连接以及外部环境因素（如温度变化、风载荷等）都可能对振动产生影响。
为了准确地分析航空发动机的振动，需要采用一系列先进的测试技术和分析方法。
振动测试是获取振动信息的重要手段，常用的传感器包括加速度传感器、位移传感器等。
通过在发动机的关键部位安装这些传感器，可以实时监测振动信号。
对采集到的振动信号进行处理和分析是关键的一步。
傅里叶变换是一种常用的分析方法，它可以将时域信号转换为频域信号，从而帮助我们识别振动的频率成分。
此外，还有小波分析、模态分析等方法，它们能够更深入地揭示振动的特征和规律。
在对航空发动机振动进行分析的基础上，采取有效的控制措施至关重要。
主动控制和被动控制是两种常见的控制策略。
被动控制主要通过增加结构的阻尼、改变结构的刚度等方式来减小振动。
例如，在发动机的结构中添加阻尼材料，如橡胶、粘弹性材料等，可以有效地消耗振动能量。
优化发动机的支撑结构，提高其刚度和稳定性，也能够降低振动水平。
主动控制则是通过引入外部的能量和控制算法，实时地对振动进行干预和调整。
常见的主动控制技术包括主动磁轴承、压电作动器等。
主动磁轴承可以通过调整磁场来控制轴的位置和运动，从而减少振动。
压电作动器则利用压电材料的特性，根据控制信号产生相应的力来抑制振动。
航空发动机振动特性分析与控制
航空发动机振动特性分析与控制随着机组高度和速度的不断提升，发动机振动成为影响航空安全、舒适性和可靠性的重要因素之一。
在进行航空发动机设计和研发时，需要对其振动特性展开分析和控制，以取得更好的飞行效果。
航空发动机振动的分类航空发动机振动主要分为两种类型：强迫振动和自由振动。
强迫振动是由于发动机叶轮和燃烧室的旋转产生的离心力和静力不平衡等因素导致的。
这种振动一般都具有周期性、可预测性和可控性等特点，属于低频振动。
自由振动主要由于发动机各部件的结构和材料特性所引起的共振现象，具有无规律和不可预测的特点，属于高频振动。
航空发动机振动分析航空发动机振动分析是对发动机振动特性的系统研究，其主要目的是预测和控制振动，保证发动机在飞行过程中的安全和性能。
现代航空发动机振动分析主要采用数值模拟和实验测量两种方法。
数值模拟是运用有限元分析和计算流体力学等数值方法对发动机进行虚拟仿真，对发动机在不同运行状态下的振动特性和相应的受力情况进行预测和分析。
数值模拟可以在设计阶段提前发现和解决潜在的振动问题，极大地缩短了发动机的设计周期和成本，提高了可靠性和性能。
实验测量是通过人工或自动检测设备对发动机振动进行实时监测和测量，获得振动参数，并进行分析和处理。
现代实验测量技术包括激光干涉、电容传感、压电传感等，可以实时地监测发动机在飞行过程中的振动情况和性能，提供有力的依据和数据支持。
航空发动机振动控制航空发动机振动控制是对发动机振动进行预测和防护的过程。
其具体目的是降低发动机振动对机身及舒适性的危害，提高发动机的可靠性和性能。
现代航空发动机振动控制方法主要包括被动和主动两种方式。
被动控制主要采用弹性材料、锁紧装置、防振器等被动减振措施，通过改变发动机的振动环境和结构刚度等因素来控制振动。
主动控制则通过引入反向振动波、采用电子注入等高新技术手段，对发动机的振动进行实时控制和调整，从而达到减振的目的。
航空发动机振动控制的现状与展望航空发动机振动控制技术的发展已经成为当前航空工业技术发展的重要方向之一，其对于提高航空安全、舒适性和可靠性具有重要作用。
航空发动机故障诊断方法研究
航空发动机故障诊断方法研究随着世界经济日益发展，航空运输业也得到了蓬勃的发展。
而在航空运输业中，航空发动机是保障飞机正常运行的重要部件。
然而，由于航空发动机复杂度较高，一旦发生故障，往往会造成不可预测的后果。
对此，航空业界在航空发动机故障诊断方法方面进行了广泛的研究和探索。
一、航空发动机故障的分类在进行航空发动机故障诊断之前，首先需要对发动机故障进行分类。
根据发动机故障的影响范围和方式，航空发动机故障可分为以下几个类别。
1、机械故障机械故障是指由于发动机内部部件的松动、断裂等原因造成的发动机损伤。
这类故障往往会导致发动机性能下降或者直接引发发动机停机。
2、热力学故障热力学故障是指由于燃料气流不稳定、火花塞老化等原因造成的发动机性能下降。
这类故障往往不会导致发动机停机，但会影响飞机的正常运行。
3、电子故障电子故障是指由于电子系统故障、电缆故障等原因造成的发动机性能下降或者直接引发发动机停机。
这类故障往往需要依赖高科技手段进行排查和诊断。
二、航空发动机故障诊断方法针对不同类型的发动机故障，航空业界借鉴现代科技手段开发了一系列航空发动机故障诊断工具。
下面我们依次介绍几种主流的故障诊断方法。
1、故障码诊断故障码诊断是指通过读取发动机故障代码，根据相应的故障码表进行故障判断。
这种方法简单实用，适用于机械故障和热力学故障。
但是，对于电子故障而言，故障码往往不能完全反映故障的真实情况。
2、振动分析振动分析是指通过检测发动机的振动情况，分析振动信号的变化来判断发动机是否存在故障。
这种方法适用于机械故障的诊断，但是需要依靠专业检测设备和技术人员进行操作和判断。
3、数字显微镜检测数字显微镜检测是指通过数字显微镜对故障部件进行观察和分析，从而确定故障原因。
这种方法适用于机械故障和热力学故障的诊断，但无法应用于电子故障的诊断。
4、人工智能诊断人工智能诊断是指通过机器学习、深度学习等技术手段对故障数据进行分析和归纳，从而实现故障预测和诊断。
航空发动机振动特性研究及其控制方法
航空发动机振动特性研究及其控制方法一、引言在航空发动机的运行过程中，不可避免地会存在振动问题。
振动会对发动机的性能、寿命以及安全性产生严重影响。
因此，研究航空发动机振动特性以及控制方法，对于提高航空发动机运行质量、延长寿命具有重要意义。
二、航空发动机振动特性研究1.振动的类型在航空发动机的运行过程中，存在多种类型的振动。
常见的振动类型包括轴向振动、径向振动和周向振动。
轴向振动是指在发动机轴心线方向上产生的振动，通常可以通过轴向振动传感器进行监测。
径向振动是指在垂直于轴心线方向上产生的振动，常常会损坏发动机轴承。
周向振动是指在绕发动机轴心线旋转方向上产生的振动，通常可以通过震动传感器进行监测。
2.振动的来源航空发动机振动的来源多种多样，可能是由于不平衡的转子、叶片间的不平衡、叶片振动、离心力、气流阻力等引起的。
其中，叶片振动是航空发动机振动的主要原因之一。
3.振动的评价指标对于航空发动机振动的评价，通常采用该舱航空发动机振动水平标准进行。
该标准规定了不同工况下航空发动机的振动极限值，以保证运行的安全性。
三、航空发动机振动控制方法针对航空发动机振动问题，科学的控制方法能够显著降低振动水平，进而提升发动机运行效率和安全性。
主要的航空发动机振动控制方法如下：1.动平衡技术动平衡技术是指通过对发动机转子进行动平衡实现振动控制的一种技术。
通过定期进行动平衡校正，可以有效降低发动机的振动水平。
2.被动控制技术被动控制技术主要采用结构减振材料对振动进行传递、吸收和散射。
通过在发动机结构上加装阻尼器和调剂器件等，可以降低发动机振动的频率和振幅。
3.主动控制技术主动控制技术采用反馈控制的方式对发动机振动进行控制。
可通过安装传感器和执行器，在反馈控制算法的指导下实现发动机的振动抑制。
4.整体系统优化航空发动机的振动问题往往与整机系统设计和运行有关。
针对发动机振动问题，需要利用整机系统优化手段进行综合考虑和处理，例如优化发动机转子结构、优化叶片结构、改善气动环境等。
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转子系统常见故障机理分析
转子故障分类
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转子系统常见故障机理分析
► 监测参数
动态参数 振幅：表示振动的严重程度，可用位移、速 度或加速度表示 振动烈度：近年来国际上已统一使用振动烈 度作为描述机器振动状态的特征量
vrm s 1 2(A 12 12A 22 22A n2 n2)
相位：动态特性、故障特性及转子的动平衡 等具有重要意义
（ 2 ） 对 中不良时，在一个周期内为波峰翻倍 ，波形光滑、稳定、重复性好；
（ 3 ） 摩擦时，波峰多，波形毛糙、不稳定、 或有削波；
（ 4 ） 自激振荡（油膜涡动，旋转脱离）时， 波形杂乱、重复性差、波动性大。
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转子系统常见故障机理分析
频谱分析法
幅值谱及相位谱
幅值谱
正常运转状态下，一倍频最大，二倍频次之、 约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频…x倍频逐 步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量。
支承不对中（振动频率为 转子转速两倍）
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航空发动机的主要激振源
► 气动激振力 ► 轴承激振源
► 齿轮激振源
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转子系统常见故障机理分析
► 转子系统、转子振动与转子故障的关系
振动广泛存在。设备在动态下都会或多或少地 产生一定的振动。
振动监测具有有效性。当设备发生异常或故障 时，振动将会发生变化，一般表现为振幅加大。
转子系. 统模型
转子系统常见故障机理分析
转子系统分类 刚性转子系统——工作转速在（一阶）临界以
下的转子系统。目前大多数低速（工作频率<100Hz） 机械均属于刚性转子系统。
柔性转子系统——工作转速在（一阶）临界以 上的转子系统。例如一些大型高速（工作频率 >100Hz）旋转机械均属于柔性转子系统。
振动具有可识别性。由不同类型、性质、原因 和部位产生的故障所激发的振动具有不同的特 征。
振动识别具有复杂性。振动信号性质、特征不 仅与故障有关，而且还与系统的固有特性有关。
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转子系统常见故障机理分析
► 转子系统、转子振动和转子故障之间的分类
转子振动分类
横向振动——发生在包括转轴的横向平面内（xoy） 轴向振动——发生在转轴的轴线方向上（x轴） 扭转振动——沿转轴轴线发生的扭振
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转子系统常见故障机理分析
一倍频——转子不平衡、轴承工作不良、对中 不良等均会引起一倍频增大，发生概率依次降低。
二倍频——转子对中不良、轴弯曲、松动等， 主要是对中不良。
0.5倍频——油膜失稳；轴承工作不良（如间隙、 接触、摇摆等）；旋转失速（喘振的先兆）的频率 为(0.4~0.8)倍工频，也有可能。
时间波形法——通过观察振动波形的特征来获 取诊断信息
含有周期成分及随机噪声的振动波形 经平滑处理后的振动波形
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转子系统常见故障机理分析
径向点触摩擦时的振动波形
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转子系统常见故障机理分析
在正常的状态下 ， 波形图应为较平滑的正弦 波，且重复性好。
（ 1 ） 动不平衡时，在一个周期内为典型的正 弦波；
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转子系统常见故障机理分析
转速跟踪法 奈奎斯特图分析法（极坐标图）
0 2485
2555
0
0 2415
2590
0 2345 02215
0
转轴随转速变
1923 0
270
461
9 0 化时的工频振
04 9 0 0
02621
03535
动矢量图
0 03 1 5 0
0 2870 0 2800
02660
0
02 6 9 5波特图——振幅与频率，相位与频率的关系曲线
50
90
40
150
30
210
20
270
10
330
0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
频率/ Hz
30 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
频率/ Hz
从波特图中可以得到：转子系统在各个转速下的
振幅和相位、转子系统在运行范围内的临界转速值、
转子系统阻尼大小和共振放大系数、综合转子系统
上几个测点可以确定转子系统的各阶振型。
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转子系统常见故障机理分析
瀑布图
利用瀑布图可以判断机器的临界转速、振动原 因和阻尼大小。
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转子系统常见故障机理分析
►转子系统振动故障机理及特征分析
转子不平衡 原因 转子系统质量偏心（制造误差、装配误差、 材质不均……）； 转子部件出现缺损（腐蚀、摩擦、局部破损 等）。
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转子系统常见故障机理分析
轴心轨迹图
轴心轨迹是指转子轴心点相对于轴承座运动而 形成的轨迹。
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转子系统常见故障机理分析
轴心轨迹的合成
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转子系统常见故障机理分析
轴心轨迹的形状
不平衡
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转子系统常见故障机理分析
不对中 油膜涡动
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转子系统常见故障机理分析
转子与静止部件的碰撞和摩擦
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转子系统常见故障机理分析
D
D
D
D
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转子系统常见故障机理分析
阶比幅值谱
阶比幅值谱
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转子系统常见故障机理分析
自功率谱图
滚动轴承的功率谱图 优点： ✓ 它可以把能量集中的谱峰更加突出地表现出来。 ✓ 它不仅可以表现某些特征频率值的能量集中状况，而且 可以研究某一段频带范围内能量分布的水平。 ✓ 它比幅值谱有更加广泛的用途。
第五章 航空发动机振动 监测与诊断
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航空发动机的主要激振源
► 转子激振源
转子不平衡（振动频率与转速相等）
单圆盘转子
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航空发动机的主要激振源
临界转速：
旋转机械在启停升降速 过程中，往往在某个(或某几 个)转速下出现振动急剧增大 的现象。原因往往是由于转 子系统处于临界转速附近产 生共振。
转子的临界转速个数与 转子的自由度相等。
轴心轨迹的旋转方向 若轴的旋转方向与轴心轨迹旋转方向一致，
称为正向进动。反之，称为反向进动。 当转子具有不平衡、不对中、油膜涡动等故
障时表现为正向进动；当转子与定子发生摩擦时， 表现为反向进动。
轴心轨迹的稳定性 一般情况下，轴心轨迹保持稳定。一旦发生形
状大小的变化或轨迹紊乱，则揭示机器运行状态已 发生变化或进入异常。
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转子系统常见故障机理分析
静态参数 轴心位置：在稳定情况下，轴承中心相对于转 轴轴颈中心的位置 轴向位置 差胀：转子与静子之间轴向间隙的变化值 对中度：轴系转子之间的连接对中程度 温度：轴瓦温度反映轴承运行情况 润滑油压：反映滑动轴承油膜的建立情况
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转子系统常见故障机理分析
►旋转机械振动故障分析常用方法