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航空发动机振动诊断规程

一、概述

航空发动机振动诊断规程是保障发动机安全运行、及时发现潜在故障的重要技术手段。本规程旨在通过系统化的振动数据分析，实现对发动机早期故障的识别、定位和评估，从而延长发动机使用寿命，提高飞行安全性和经济性。

二、振动诊断的基本原理

振动诊断主要基于发动机运行时产生的机械振动信号，通过信号处理和分析技术，提取故障特征，判断故障类型和严重程度。

（一）振动信号采集

1.传感器布置：

-在发动机关键部件（如轴承、齿轮、轴承座）附近布置加速度传感器。

-传感器安装需保证与测点垂直，避免外部噪声干扰。

2.信号采集参数：

-采样频率：≥10kHz，确保信号不失真。

-采样时长：连续采集10-30分钟，覆盖一个完整工作循环。

（二）信号预处理

1.滤波处理：

-使用带通滤波器去除低频（10Hz）和高频（3kHz）噪声。

-阻带频率范围：20-200Hz（根据发动机型号调整）。

2.信号对齐：

-对多通道信号进行时间对齐，误差控制在±1ms以内。

三、振动数据分析方法

振动数据分析包括时域分析、频域分析和时频分析三种方法。

（一）时域分析

1.轴心轨迹图：

-通过绘制轴承振动信号x-y轴相位关系，判断轴承损坏类型（如滚动体损伤、保持架断裂）。

-异常特征：轨迹呈椭圆形（正常）或发散状（严重故障）。

2.振动波形图：

-观察信号幅值波动，识别冲击性故障（如断齿）。

（二）频域分析

1.快速傅里叶变换（FFT）：

-将时域信号转换为频域信号，分析主要频率成分。

-故障特征频率计算公式：

-齿轮故障频率：\(f=\frac{n\cdotZ}{60\cdott}\)（n为转速，Z为齿数，t为时间）。

-异常特征：出现额外高频谐波或基频缺失。

2.频谱包络分析：

-用于滚动轴承故障诊断，通过包络解调提取故障频率。

（三）时频分析

1.小波变换：

-在时域和频域同时分析信号，适用于非平稳信号。

-故障特征：高频小波系数突变。

2.Wigner-Ville分布：

-绘制瞬时频率分布图，识别变转速工况下的故障特征。

四、故障判据与分级

根据振动指标设定故障阈值，分为轻微、一般、严重三级。

（一）振动幅值判据

1.轴承振动：

-正常值：0.5mm/s2

-轻微故障：0.5-1.0mm/s2

-一般故障：1.0-2.0mm/s2

-严重故障：2.0mm/s2

2.齿轮振动：

-正常值：0.3mm/s2

-轻微故障：0.3-0.6mm/s2

-一般故障：0.6-1.2mm/s2

-严重故障：1.2mm/s2

（二）频率特征判据

1.齿轮故障：

-正常工况下无额外谐波，轻微故障出现1-2次谐波。

-一般故障谐波幅值30%基频。

-严重故障谐波幅值50%基频。

2.轴承故障：

-正常工况下无特征频率，轻微故障出现保持架频率。

-一般故障出现滚动体冲击频率。

五、诊断流程

1.Step1：数据采集

-确认传感器状态，按照规定参数采集振动数据。

2.Step2：信号预处理

-滤波、对齐，剔除异常数据点。

3.Step3：特征提取

-计算时域、频域、时频特征值。

4.Step4：故障判定

-对比振动指标，判断故障等级。

5.Step5：维修建议

-轻微故障：定期监测；一般故障：缩短检测周期；严重故障：立即停机检修。

六、注意事项

1.传感器校准：每月校准一次，确保测量精度。

2.数据对比：与历史数据对比，排除环境干扰。

3.飞行工况：不同飞行阶段（起飞、巡航、着陆）振动特征差异需特别关注。

4.复杂故障：多源振动数据结合（如温度、压力）提高诊断准确性。

四、故障判据与分级（续）

（三）相位分析判据

1.相位关系异常：

-正常工况下，相邻轴承或齿轮对的相位差恒定。

-轻微故障时，相位差出现轻微波动（10°）。

-一般故障时，相位差偏离正常值（10°-20°）。

-严重故障时，相位差反相或大幅跳变（20°）。

2.相位图谱判据：

-绘制振动信号相位图谱，分析相位分布均匀性。

-异常特征：相位聚集或出现孤立点。

（四）统计特征判据

1.均值与方差：

-正常工况下，振动均值稳定，方差较小。

-轻微故障时，均值微增，方差略增大。

-一般故障时，均值显著增大，方差急剧增加。

2.峰度与峭度：

-正常工况下，峰度接近0，峭度较小。

-轻微故障时，峰度微正，峭度略增。

-一般故障时，峰度显著正偏，峭度大幅增加（如3.0）。

（五）趋势分析判据

1.振动趋势曲线：

-绘制连续运行期间的振动幅值变化曲线。

-正常工况：曲线平缓波动。

-轻微故障：曲线缓慢爬升。