面向航空业的振动和平衡解决方案

在整个航空工业中，喷气发动机的振动是日常需要关注的问题。在全球每个地方，航空维修（MRO）人员都需要监控发动机的振动，以确保飞行安全和高效服务。

不过，燃气涡轮发动机的振动总体来说是发动机内部各种运动部件的集体贡献。为了将振动幅度与特定的发动机部件关联在一起，MRO工程师就需要求助于振动分析和平衡调整的工具了。

振动分析能检测旋转机械动力学的差异，而平衡调整用于减少发动机传动轴的振动幅度。它们一起帮助工程师确定发动机内部的单个振动源，然后予以纠正。

振动分析、平衡

现代涡轮发动机通常包含两个或三个同心转轴以及压缩机、风扇和涡轮。这些转轴被称为转子，转子转速都是气动耦合的，因此每个转轴的转速都会根据其他转轴来变化。每个转子都需要一个速度传感器或转速计，这样我们才能知道每一个转子的转速和转角。

另外，振动传感器固定在发动机机箱上的一个或多个位置，来测量振动的振幅。这些内置的转速计和振动传感器可以测量发动机的运转速度和振动。然而，要实现可靠的信号检测并非易事，因为信号通常非常嘈杂。更复杂的是，不同的发动机具有不同的信号类型。

PBS-4100涡轮振动分析仪/平衡系统使用户能够检查发动机的振动幅度，并在必要时对该发动机进行平衡调整。它通过一系列板载的数字转换器来测量每个转子的旋转速度和振动幅度。嵌入式逻辑器件会评估每个发动机转子，以确定不平衡发生的位置。

MTI PBS-4100的两种不同型号：轻型系统PBS-4100+（右图）和测试单元版本PBS-4100R+。

一系列可配置的追踪滤波器将振动与转轴相关联。通过专门的计算机算法可以测量某一个转子的转速，然后过滤掉窄带区域之外的振动。该窄带区域是每个转子转速的振动特征频率。通过对每个速度使用追踪滤波器，可以分别测出每个转子的振动贡献量。由于振动会随着发动机转速的变化而变化，因此测量数据将存储并绘制成振动-速度趋势图。

振动测试

在测试发动机时，操作员将对涡轮发动机进行振动测试——发动机从怠速到最大速度，然后再次返回到怠速。在这个过程中，振动分析仪测量出每个转子的振动贡献量，并将其结果绘制在一系列图表中，并能得到整体的振动曲线图。

如果超过预定义的振动范围，操作员将收到警告。在测试结束时，通过与原始设备制造商（OEM）提供的数据进行比较来总结出振动曲线图。如果任何转子的振动超过了允许的极限，则可以通过增加补偿平衡块来使转子达到平衡，类似于汽车机械师在不平衡的轮胎上增加铅质平衡块。

因为转子的振动幅度和角位置是已知的，所以可以使用振动分析器的算法通过各种技术来计算出解决方案。该解决方案会将一个或多个重量精确的平衡块添加到转子的指定位置/角度位置。

信号调节

对于飞机发动机维修的某些情况，振动数据和平衡并不是必要的，只需要转速信号调节功能。因此，它们只需要一个信号调节单元。TSC-4800A使用了PBS-4100相同的转速调节技术，并可适应所有类型的发动机转速信号。

信号调节单元可调节最高三个单独的速度信号。通道A、B和C可以分配给不同的发动机转速信号，每个通道可以单独控制和编程以调节不同的转速信号。由于许多发动机包括主要和次要的速度信号，信号调节单元还可为每个通道提供多个输入源。

简化测试

对涡轮发动机振动的早期分析可以快速发现问题，节省拆卸发动机的时间和成本。但是实施这种故障排除可能很困难。发动机罩下的机械约束以及飞机布线的复杂设计可能使加速度计、电荷放大器和电缆的安装成为一项耗时且容易出错的任务。

便携式振动分析仪和发动机平衡调整仪（如MTI的PBS-4100+）能直接连接发动机的内置传感器来读取必要的信号。通过与飞机专用配件配合，该装置能简化发动机的平衡调整和振动测试。

与较大的测试单元版本一样，该便携式仪器采用一系列板载数字转换器和可配置的追踪滤波器。通过这些装置，操作员可以对涡轮发动机进行振动测试。整个测试包含了发动机从怠速到最大速度、然后再次回到怠速的慢速循环过程。在整个过程中，该装置会测量每个转子的振动并绘制其曲线图以及整体的振动曲线图。

MTI Instruments Inc.

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