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[航空航天] 引起航空发动机转子振动的三大杀手

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发表于 2019-3-29 14:44 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  现代的航空发动机追求高性能和高推重比,结构日趋复杂,工作条件越发苛刻,导致整机振动过大的因素逐步增多。

  整机振动是影响航空发动机寿命和飞行安全的决定性因素。发动机转子异常振动的特征具有以下三点:

  1、转子不平衡
  由于材质不均匀,结构不对称、加工误差以及装配误差导致转子质量偏心大。转子静弯曲、转子热弯曲、转子对中不良等情况,均会产生较大的不平衡振动。发动机不平衡振动具有一下特征;
  1)在亚临界区运转的刚性转子,其振动幅值随转速增高而增加,随转速降低而减小。
  2) 对振动进行频谱分析,在频谱图上基频峰值显著高于其分频和倍频峰值。

  2、转子不对中
  转子在装配过程中经常出现不对中偏差。轴不对中偏差是由于相邻轴承座不同心而导致轴中心线偏斜所引起的。

  轴不对中偏差可能出现的情况有:平行度偏差、角度偏差和同时存在平行度、角度偏差。对中不良的转子运行将导致轴承负荷不均衡,使得发动机振动加剧,关键件过早失效。发动机转子不对中振动具有以下特征;
  1) 转子轴向振动增大,并大于0.5倍径向振动值,
  2)从振动信号的频谱图上可以观察到转速二倍频或三倍频峰值高于基频峰值的典型现象。

  3、转动件与静止件碰磨在发动机运转过程中,由于转子不平衡、转动件和静止件的径向间隙小、轴承座同轴度不良等,均能发生转动件与静止件碰磨,并导致振动剧增。发动机转子、静止件碰磨的振动具有以下特征:

  1)机匣振动响应会出现转子旋转频率的次谐波、高次谐波和组合谐波成分
  2)振动随时间而变化,当碰磨接触面积增大或接触位置增加时,机匣振动响应幅值剧增;
  3)双转子发动机,其转子、静止件发生碰磨时,系统发生次谐波和组合谐波频率的振动。

  双转子系统中,内、外转子的振动会通过中介轴承传递,即内、外转子的振动在中介轴承处存在双转子之间的相互影响,实质上是把内、外转子都当作刚性转子,采用双面平衡的方法进行平衡。其结果往往是在 平衡机上平衡好的转子,组装到发动机上后,振动值仍会超标。

  双转子系统的动平衡问题至今没有得到很好的解决。在实际的航空发动机转子的平衡中,仍然采用了内、外转子分别平衡的方法,即在动平衡机上,选用一个比发动机的工作转速小很多的平衡转速,通过加平衡配重或者去掉部分质量的方法来进行平衡。

  这种平衡方式的优点是操作简单,所需的设备少,可以把转子的不平衡量控制在一个比较低的水平。其缺点是忽略了转子工作时的振动模态,也忽略了双转子系统的两个转子的转速比和两转子间振动耦合作用对平衡的影响。

  针对双转子动平衡存在的问题,有专家提出一种新方法。即在建立双转子系统的理论计算模型的基础上,给定一个转子的转速和两个转子的转速比,计算出在内、外转子上施加不平衡量后转子上任意一点的振动量,结合影响系数法,对双转子系统进行动平衡。这会在一定程度上使双转子发动机动平衡得到部分改善。

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