牟进港 李志远 高海阔 刘 奔

滨州学院航空工程学院，山东 滨州 256600

航空发动机振动信号应用研究

牟进港 李志远 高海阔 刘 奔

滨州学院航空工程学院，山东 滨州 256600

研究了航空发动机振动信号以及信号的时域、幅域，对航空发动机振动信号的应用范围进行了归纳总结，为更好地设计、改进和制造发动机提供理论依据。

航空发动机；振动信号；故障诊断

引言

航空发动机是一种非常高速的旋转工作机械，对飞行安全至关重要。发动机健康状况的恶化威胁着机组人员和乘客的生命和财产安全。操作振动问题非常突出：振动的损伤非常严重，会引起飞行员的情绪紧张，继而影响操作；严重损坏发动机部件，减短发动机寿命，危及飞机安全。所以，监控发动机的状态是非常重要的。据统计，超过90%的发动机结构强度的故障是由振动引起的，或者与振动有密切的关系。与此同时，振动会加大发动机燃料的消耗，导致能源浪费。为了监测航空发动机的振动信号，对发动机的振动频率、相位和振幅进行了研究。航空发动机振动信号的分析和处理包括信号预处理、时域和信号的幅度域分析[1]。

1 航空发动机振动信号的处理方法

1.1 信号的预处理

在飞机发动机振动信号的飞行测试过程中，由于采样率高、飞行时间长，采集的数据量也很大，因此对所收集的信号处理时间也比较长。信号需要从收集的振动信号中选择，然后再进行处理。信号预处理主要包括航空发动机的振动信号、分割和误差，预滤波以及零均值转换。根据发动机工作状态，对发动机工作状态的振动信号进行采集。将采集的所有数据和表示引擎工作状态的信号回放，找到引擎工作状态运行的时间段，利用该时间段截取所需振动信号的数据段。在回放过程中，如果有故障或异常信号，它也可以截取信号前后的数据段，以便进行进一步的分析。

1.2 幅域分析

信号振幅的各种处理被称为幅域分析。信号的简单参数包括峰值、平均值、最小值、有效值等。这些参数相对简单，对振动变化有较好的灵敏度。实际上，随机信号概率密度函数决定了各种参数。在实际动态特征值计算中，可以通过采样得到离散时间序列数据。

1.3 时域分析

振动数据处理通常需要两个时域信号相关性分析，也称为时域分析，包括相关系数、相互关联函数和自相关函数的内容分析。时域分析的一个重要特征是信号具有时间顺序，即由数据序列生成的时间序列。在现场分析中，时间顺序是函数，可以利用采样时间的波形来计算参数。应重点关注自相关分析和互相关分析。

2 航空发动机振动信号应用范围

2.1 航空发动机振动超限监测

对高低压转子振动进行监测，以监测振动。目前，航空发动机振动监测的发展有两种类型的监测，即总量监测和组件监测。在组件监测中，使用位移、速度和加速度作为监测参数，每一种监测参数都有各自的优缺点，应根据监测对象和监测要求选择应用程序[2]。

2.2 基于振动信号分析的航空发动机故障诊断

分析发动机振动信号提取，结合工程经验，可以识别引擎故障，包括转子的不平衡，转子弯曲、停滞、摩擦，转子裂纹不稳定、密封、油膜振荡、转子支持放松，叶片缺陷、齿轮和滚动轴承损坏等等。根据发动机振动信号的振幅和频率，可以提取发动机当前健康状况信息，获取故障的类型。发动机振动基频更为突出，最大的原因可能是转子不平衡[3]。频率振动幅度大于基频的振动幅度。转子弯曲的振动特性基于基本频率的振动幅度、三次基本频率的频率和振幅，以及转子振动频率的幅值。

2.3 航空发动机转子动平衡分析

跟踪转子振动监测可提供数据平衡，AVM系统可获得振动幅度和相位的不平衡，并通过相应的算法计算平衡权重比例和平衡位置。监测高低压转子振动监测系统的振动，如果低压转子振动，首先是发动机的例行检查，检查是否存在其他异常情况，在风机叶片的最终平衡中，降低振动值。转子振动信号的相位测量要求转子在每一个转弯处转动一个参考信号。信号被定义为零参考信号。如果转子不平衡、振幅、相位和速度参考信号位置有一定的关系。转子的粗略测量和转子振动的振幅与相位之间的关系与平衡系数有关[4]。

3 结论

本文分析了航空发动机飞行试验的振动分析，确定了预处理、振动信号幅度域、时域分析、算法的具体内容及其实现过程，概述了飞机发动机振动信号的主要应用，分析了飞机发动机振动信号的应用范围，并主要介绍了发动机振动在线监测、故障诊断、动态平衡的关键技术。航空发动机的设计、制造和测试为中国航空发动机的发展提供了一个有效的工具。

[1]阎成鸿.航空发动机振动信号分析[J].微计算机信息，2007，23（8）：313-314.

[2]冯健朋.航空发动机振动信号应用介绍[J].信息系统工程，2015，7（20）：86-87.

[3]尉询楷，李应红.航空发动机状态监控与诊断现状及发展趋势[J].控制工程，2007，7（14）：83-87.

[4]马建仓.航空发动机转子振动信号的早期故障分析[J].计算机测量与控制，2010，18（2）：276-279.

Application Research on Vibration Signals of Aero Engines

Mou Jingang Li Zhiyuan Gao Haikuo Liu Ben
School of Aeronautical Engineering, Binzhou University, Shandong Binzhou 256600

The paper studies on aeroengines vibration signals and the time domain, and summarizes scope of application of aeroengines vibration signalsin order to better design, improvement and provide a theoretical basis for the manufacturing engine.

aeroengines; vibration signal; fault diagnosis

TN911.7

A

1009-6434（2017）7-0005-02

李志远（1983—），男，山东利津人，硕士，讲师，从事航空信号处理研究。

滨州学院实验技术研究项（BZXYSYXM201412）（BZXYSYXM201304）。