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航空发动机整机振动

/engine vibration/
最后更新 2022-12-23
浏览 131
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安装在试车台架或飞行器上的航空发动机在各种激振力作用下的振动响应。

英文名称
engine vibration
所属学科
航空宇航科学与技术

航空发动机在高温、高压、高转速下工作,引起整机振动的激振源很多,如转子源、流场源、声源、结构源、故障源等。如果整机振动过大,可能造成航空发动机转子与静子在小间隙处(例如密封、叶尖)发生碰摩、轴承载荷过大、附件振动应力过大等后果,影响航空发动机的可靠性,座舱仪表的工作状态和驾驶员及乘员的舒适性等。

航空发动机整机振动过大可能是航空发动机制造、装配质量不高的反映,也可能是航空发动机已产生某种故障的表现,如失衡、失稳等。常见的整机振动故障包括航空发动机运转过程中某些结构(例如机匣、支板)的局部共振、较大的转子不平衡量、转子对中不良、轴承座连接松动、转动件与静子件碰摩、主轴承故障、传动系统的齿轮故障、管路振动故障等。整机振动可以作为航空发动机生产过程中的一种质量控制指标,也是使用过程中确定航空发动机是否应该进行维修以及如何维修的一个指标。

在航空发动机运行过程中,可以通过地面或机载振动监测系统对整机振动进行测量。在测量过程中,广泛使用的传感器是速度传感器和加速度传感器,它们分别用来感受测量部位的振动速度和加速度。振动位移则可以通过振动速度或加速度积分得到。整机振动大小是相对振动限制值而言的。整机振动限制值与发动机类型、测点位置、测振方位、传感器安装托架的结构、所测振动总量或分量以及振动环境有关。一般对于较低频振动用振动位移显示和限制;对于中等频率振动用振动速度显示和限制;而较高频振动则用振动加速度显示和限制。

航空发动机整机振动可以通过建立整机动力学模型进行计算分析。整机动力学模型需要考虑转静件之间的耦合振动,通常采用有限元法进行建模,涵盖安装系统、转子、机匣、支承等要素。整机振动分析主要包括转子临界转速、应变能分布、转子不平衡响应及其敏感性、转静件相对动态位置关系与间隙分析等内容。

整机振动是航空发动机研制和生产过程中必须解决的问题,需要分析航空发动机的转子动力学特性,采取必要的减振措施将整机振动控制在合理范围。例如,合理配置临界转速、适当调整转子应变能分布、提供足够的阻尼和适当的平衡,使航空发动机在平稳工作中安全通过临界转速、精心安排平衡工艺并在必要时进行本机平衡等。

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