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摘要：航空发动机整机振动故障是发动机工作中较为常见并且危害较大的故障，且其所受影响因素较多，问题原因十分复杂，解决起来十分困难。因此分析故障原因，提前设计减振系统保证发动机振动在可接受的范围内十分重要。本文综述了整机振动常见的故障类型及影响因素，并分析了发动机振动抑制的方式方法，对发动机振动控制具有一定的参考价值。
关键词：航空发动机；振动；控制方法
引言
发动机振动又称整机振动，是指整台发动机装在试车台架或飞机上时，发动机和台架或飞机整个系统的振动。发动机的振动是难免的，随着航空发动机推力和转速的增长，发动机结构承受的振动载荷越来越大，整机振动故障将严重影响航空发动机安全，在飞行中过量的振动会增加磨损，甚至导致严重故障和系统损伤。因此，准确分析并提前设置减振措施，保证发动机在工作范围内振动指标不超出其承受范围是发动机研制中十分重要的课题。
一、典型振动故障类型及影响因素
安装在飞机或试验台上的航空发动机，是一个多自由度的振动系统。所谓发动机的整机振动，是指该系统在各种激振力作用下所产生的响应。发动机故障会产生独特的发动机振动，故障不同，振动特征也不同。引起发动机振动的原因非常复杂，既有转子不平衡，轴承、齿轮碰磨引起的机械振动，也存在流体经过发动机流道时产生的激振力。实际上导致发动机振动程度加剧的激振力主要表现为旋转件的不平衡力、气体的激振力，产生故障的部位则以转子、轴承和叶片为主。
（1）转子不平衡、转子不对中；
（2）转动件与静子件碰磨；
（3）发动机转子热弯曲；
（4）发动机同心度问题；
（5）发动机主轴承故障；
（6）附件传动齿轮、轴承损坏等；
（7）连接件松动、转子支承结构间隙超差；
（8）减振结构件失效；
（9）共振；
（10）不均匀的气流流动。
二、振动控制
2.1 转子的平衡
对发动机转子进行平衡，是降低发动机振动、提高发动机使用安全性、可靠性、寿命和效率的最重要措施之一。利用平衡机在发动机转子转动状态能测定转子不平衡重量大小及所在位置，并确定平衡配重应加的大小与位置，这种平衡的方法称为动平衡。目前转子动平衡工艺已较为成熟，动平衡过程中可将转子的残余不平衡量控制在很小的范围内。但由于现行转子的平衡主要是二次平衡，即平衡好后的转子在总装时又要拆开重新装配，二次装配的影响较大，潜伏了激振因素，开展整机动平衡研究也许是提高动平衡效果的关键。
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2.2 减振结构
临界转速时转子的振动十分强烈，因此在发动机设计时总是希望工作转速避开临界转速，但对于一些工作转速范围较为宽广的发动机，则常常无法避开临界转速，有效的减振措施是采用减振结构，采用减振结构可以显著的减小振动程度，航空发动机曾采用过各种各样的减振结构，挤压油膜阻尼器是效果较好的一种阻尼器，并得到了广泛的应用。
2.3 其它方法
转子与静子的碰磨事关重大，特别是在起动过程中，由于轴承游隙的存在以及气动力的影响，转子沿轴向方向会有窜动，在此过程中极易发生碰磨。控制碰磨的措施之一是放大转静子的配合间隙，但是这对发动机的效率和性能影响极大，所以关键还需加强对转子的热弯曲及机匣冷却系统主动控制技术的研究。
连接件的松脱和预紧力不足同样会对振动产生很大的影响，控制此类激振因素的关键是应有适当的预紧力。预紧力的选定相当复杂，过大会使连接件及拉杆承受较大应力，特别是在交变的温度载荷下极易疲劳损坏；而过小的预紧力则可能降低转子系统的刚性，以及在弯矩和扭矩作用下结合面的相对滑动和张开，致使转动非线性和振动失稳。
三、发动机振动控制建议
发动机研制过程中无法避免整机振动，即使是生产定型发动机，也常有一些因振动不合格而不能出厂，或使用中因振动问题而提前返修。由于引起振动的因素十分的多，并且振动的故障模式也不固定，因此精确的检测发动机的振动数据十分的重要。因此，应当积极开展发动机内部振动测量技术的研究。
另一方面应积极开展发动机整机现场动平衡技术的研究。由于发动机转子结构的复杂性，使已经分段平衡好的转子在装机后仍存在较大的不平衡,需要多次反复平衡和装配。现在国外已经发展了先进的整机现场动平衡工艺技术,在试车台上根据发动机振动测量数据直接做整机平衡, 减少装配次数,从而大大降低了发动机的振动故障。在发动机装机飞行后,一旦出现振动超差,则可以根据机载振动监视系统储存的数据在地面现场进行整机动平衡,不必进行地面试车,减少了维修费。
第三，深入研究挤压油膜阻尼器的理论及工艺实现方法，大力发展可变间隙挤压油膜阻尼器、弹性环式挤压油膜阻尼器、电流变液和磁流变液挤压油膜阻尼器等先进的减振机构，并实现减振机构的主动控制也可以行之有效的改善发动机的振动环境。
五、结束语
振动控制事关发动机的使用寿命和安全，航空发动机整机振动控制技术对于防止飞行过程中事故发生、避免经济损失很人员伤亡具有重要作用，国内外对此日益重视。通过对发动机振动因素的分析，在发动机设计过程中采用合理的结构和方法来减小发动机振动十分重要，而振动测试技术的发展也为振动控制提供了有效的依据和手段。
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论文作者:李云鹏,王忠鹏
论文发表刊物:《防护工程》2019年第2期
论文发表时间:2019/5/13
标签：发动机论文; 转子论文; 整机论文; 动平衡论文; 故障论文; 航空发动机论文; 油膜论文; 《防护工程》2019年第2期论文;