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摘要：随着科学技术的快速发展，航空发动机的推力、转速、动强度等显著提高，导致发动机零部件的振动载荷不断增加，振动引起的故障显著增多；此外，发动机结构日趋复杂且质量不断减轻，其对安全性和可靠性的要求亦随之增高。基于此，本文主要对常见的发动机整机振动类型进行了阐述，并对引起航空发动机整机振动的原因的进行了分析，同时总结了常用的控制方法，以期为解决航空发动机整机振动的问题提供参考。
关键词：航空发动机；整机振动；故障分析；控制
引言：航空发动机是高速旋转的机械装置，其通常在高温、高压的恶劣条件下工作，整机振动故障频率高，发动机维修成本大，采取有效控制手段来减少发动机振动故障成为当前发动机研究工作的重点。对航空发动机整机振动故障进行具体分析和控制，有利于提高发动机的安全性、有效性及使用寿命；并且其对于飞机适航性的增强、维修费的减少以及飞行事故的降低来说也具有重要的工程意义。
1、引起航空发动机整机振动的原因
1.1转子不平衡
转子不平衡是航空发动机整体振动的众多原因中最主要的一种。它不仅可以产生噪音，诱发其他类型故障，更会对发动机的安全运行造成巨大威胁。识别转子不平衡，并采取有效措施降低其发生频次，是减少发动机整体振动发生的重要措施。相对于其他原因引起的振动，转子不平衡有着较为明显的特征，那就是载荷与转速平方成正比，转速和频率相同。通过研究发现，引起转子不平衡的原因有很多，比如转子的材质不达标、设计不合格、热变形、制作误差等等，都可以造成转子在运行过程中出现质量不平衡的现象。
1.2转子不对中故障
航空发动机性能随着航空事业的发展而不断优化完善，在现阶段下航空发动机的转速和推重比呈现出高标准发展。当发生转子不对中故障时，所采用的检测技术主要是对发动机轴承对称性的分析判断，如发动机轴承发生非正常磨损，则可能是因为转子不对中所导致。在转子不对中的振动原因中，随着航空飞机飞行速度的提升，整机振动幅度呈现出上升趋势。
1.3叶栅尾流与封闭气流的影响
（1）叶栅尾流。叶栅尾流造成的振动主要是由于静子叶片的存在，叶片下游气压和流速会降低，当转子到达这个区域时，其所承受的气流动力也会发生变化，从而导致振动。
（2）封闭气流。由于压气机转子和静子之间有漏气，影响压气机效率，因此我们必须选择封闭装置。气体在封闭腔内旋转滞后于转子运动，造成压力分布不均匀，这也将引发振动。为了减少气流振动，我们通常会采取加装防预旋装置、周围遮挡、阻尼密封等三种手段减小气流在封闭腔内的流速。这三种方式本质是都是轴向封闭，而大量研究证明螺旋形流动是产生气流力的主要原因，所以轴向封闭并不能从根本上解决气流振动故障。由于轴向封闭还存在泄漏量和耐磨性的矛盾，因此降低漏气，提高安全性，研究更先进的封闭技术也必然成为热点，这对航空发动机十分重要。
1.4叶盘失谐引起的振动故障
叶盘是航空发动机内部重要的功能区域扇区，发挥着对发动机进行散热的作用。每型发动机内部都拥有多个叶盘，一旦出现叶盘失谐，则导致发动机的能耗和所产生的机械能量都集中在个别的叶片上，增大叶片振幅，引起叶片的疲劳磨损；甚至在高速的运作下，叶片积聚的能量过大，导致叶片出现破损或断裂。一旦磨损严重，发动的整体稳定性会受到影响，产生整机振动故障。
2、航空发动机整机振动的有效控制方法
2.1基于发动机整机动力学理论展开改造控制
导致航空发动机整机振动故障的最主要原因在于转子结构出现问题，转子出现各种问题的原因在于发动机结构的设计理论存在不足和偏差。通过发动机整机动力学理论展开对转子结构的优化改造，提高对转子稳定性、安全性的优化控制，避免由此引发整机振动故障。
一方面，相关人员可以通过导入非线性振动设计，进行振动弥补。在传统设计理论下，转子等元件设备正常的结构设计都是基于线性研究构建的，对转子在各种运行状态下可能出现的动态变化考虑不周，如转子不对中等问题。对此导入非线性设计理论，对发动机的运行结构状态进行全面具体的分析，提前制定转子等零部件的加工和制造工艺，避免后期动态运行带来的整机振动故障问题。
另一方面，相关人员也可以构建动力学设计模型，导入整机参数模型。分析航空发动机整机振动故障原因发现，不仅是发动机的相关结构问题带来振动故障，整个航空飞机的参数都会对发动机整机带来稳定性影响。基于动力学理论设计模型，将整机参数和各种结构变化都导入模型中，构建航空发动机的有限元模型，可以模拟研究发动机结构的振动规律，优化结构特征设计方案。
2.2重视对装配工艺的控制
航空发动机装配工艺的实施主要是为了保证在工作时间段内安全、稳定完成其效能任务。为了达到这个目的，我们需要充分考虑发动机的结构和它的工作环境。也就是在保证发动机结构参数、环境影响下的力学参数、能够满足动力学设计需求，控制结构动力学参数范围，提高装配工艺水平，保障发动机运行品质。
在涡扇发动机结构中，各部件的工艺特征参数都存在着时变性和分散性的特点，这就导致了动力学参数的时变性和分散性，直接引起发动机振动的较大的分散度。由于引发发动机振动的动力学参数难以准确，因此要增加结构振动稳定性，研究者需要理清影响发动机整机振动参数的主要内容，并且研究其控制技术。发动机是由众多零部件组合而成的，但这些零部件具有一定的随机性，因此发动机的结构也存在分散性的特征。我们需要对静态工艺参数进行合理研究，这样才能满足装配工艺参数的需求。
2.3运用发动机机匣支承振动特性测试技术
航空发动机机匣由于受通过支承传递的转子不平衡力、叶片和内流与相互作用的气动力激励的影响，会产生振动，该振动不仅涉及其自身结构强度问题，还涉及安装在机匣上附件的疲劳损伤问题。因此，对机匣支承结构进行振动特性测试十分必要。
机匣测试方法可以分接触式和非接触式两种。接触式传感器的测试方法，如利用加速度传感器测试和应变计测试。为了研究加速度传感器－安装座－整流机匣系统的固有频率，有研究人员通过从不同振动传感器及安装座、整流机匣结构尺寸、质量等方面进行了分析，并给出各方面影响结果的对比；还有研究人员针对发动机附件机匣高频振动测试，厂内试验可选用具有高可靠性的压电式振动传感器配接电荷放大器进行测量，外场装机条件下可直接选用IEPE型振动传感器进行测量，同时给出高频振动测试系统的校准方法及原始数据。为保证测量精度，还要注意各通道传感器、电缆及数据采集通道在重复测试过程中不交叉使用，传感器宜采用螺栓刚性连接，采用激光水平仪能够很好地保证传感器安装姿态。值得注意的是，对于轴向振型，利用多个加速度传感器之间的相位关系和多个应变计的等效梁单元变形及位移转换，分段组合成整体轴向振型。而对于周向振型，应用应变计和加速度计均可实现。
非接触式传感器测试方法，如激光位移测试法，利用静、动态大变形、大应变场测量系统进行发动机风扇机匣沿轴向的变形测试，现场测量无需隔振。
结束语：
综上所述，通过分析航空发动机振动故障的原因机制可以发现，转子故障和气流问题是带来发动机整机故障的重要因素，且发动机内部的各种元件损耗情况也在一定程度上导致整机振动故障发生。对此，相关工作人员就必须要采取相应的整机振动控制措施，优化发动机结构，采用更加优质的发动机元件材料和零部件制造工艺，打造更高安全性、稳定性的航空发动机。
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