法航使用TESCIA系統優化ZEPHYR測試臺

HBK聲學與振動

2021年12月9日 11:33

法國航空

法國航空公司擁有超過14,000名員工，為全球200多家航空公司提供3000多架飛機發動機的維護與大修。本案例研究著重說明法航如何使用Tescia優化其Zephyr測試臺。

在制造商指定的一定飛行時間之后，或在每四年或五年進行一次重大維修期間進行發動機檢查和大修，或以航空條款進行性能修復。法國航空公司擁有超過14,000名員工，為全球200多家航空公司提供3000多架飛機發動機的維護與大修。

需要進行大修的飛機引擎在Orly和Roissy的法航工場花費大約三個月。引擎拆除后，零件經過詳細檢查、清理、更換或維修，并由專門技術團隊在最終測試之前重新組裝整個引擎。

挑戰

為了通過性能測試，飛機引擎的參數經過嚴格檢查。

對于振動，會在引擎上的兩個位置檢查正確的平衡，并通過永久安裝的加速度計監測，連續記錄振動位移，振動值必須保持在非常精確的容差范圍內。

為了在此領域獲得更多專業知識，法航工業向HBK尋求幫助。

實際檢查

在允許再次飛行之前，引擎必須在盡可能接近真實工作環境下進行測試，并且必須在Zephyr測試臺上通過性能測試，在那里檢查多項參數，包括推力、引擎上不同位置的溫度、壓力和振級。工作臺當然會為這個關鍵階段做好準備，對于振動，將在引擎上的兩個位置檢查和調整平衡，所測量的振動信號來自永久安裝的加速度計。這些傳感器可持續記錄飛機運行期間的振動位移，必須保持在非常精確的公差范圍之內。為了進一步研究這些振動信號，并在此領域獲得更多專業知識，Zephyr Dubanc經理Ivan Rouesné聯系了HBK。

短艙的外觀檢查

在分析客戶的需求后，HBK的業務開發經理Philippe Potereau，提議在Zephyr工作臺上并行添加一個重復振動測量系統-即最初為航空工業渦輪發動機測量設計的Tescia重復式測試系統。一套完整的Tescia系統，包括Brüel & Kj?r著名的LAN‐XI數據采集硬件和一套軟件，它既可以配置在只有一個用戶的小型生產環境中，也可以配置在具有多個測試和監控席位的大型系統中使用，保證多個團隊實時即時訪問數據。

法航使用TESCIA系統優化ZEPHYR測試臺的圖2

從控制室內看到的性能測試，使用Tescia軟件提供額外的數據監視與驗證

了解振動特性

引擎測試團隊負責人Ivan Rouesné表示：「法航技術人員和工程師團隊在HBK的美國團隊的全天候支持下迅速掌握了Tescia的使用，并分析收集到的數據。他繼續說：「當引擎被重新組裝時，我們會檢查平衡。

「與我們在GE90-115型引擎上所做的一切相比，振動測量可能看起來像是一個小細節。在性能測試中，投入了大量的力量，我們不放過哪怕一絲一毫不平衡的跡象并不惜代價予以消除。一次完整的測試要在兩次七小時的班次內完成，但如果由于平衡造成的振動位移量超出了允差，就可能必須停止一個起飛測試，即使消耗了大量燃料也在所不惜。

法航使用TESCIA系統優化ZEPHYR測試臺的圖3

測試間內的性能驗證

「我們要求測量系統絕對可靠，并保證測量結果準確，并且對引擎運行沒有影響。我們希望在測試臺上進行額外的—更專業和更詳細的振動測量，我們向HBK尋求幫助并贊賞其高效的支持的和專業水準。這樣能夠更好地了解這些信號，并學會如何充滿信心地處理這些信號。我們能夠遠程檢查無法實際物理檢查的加速度計，以確保測量結果的可靠性。在為波音777提供動力的GE90-115引擎上，我們持續監測兩個以不同轉速運轉的耦合轉子，且振動不得超過允許的位移值。我們能夠在Tescia系統上輕松解讀它們的振動特性，這為我們從復雜過程中即時提取清晰、有用的信息，例如使用跟蹤濾波器以獲得清晰可靠的信號。」

由Tescia軟件驅動的LAN-XI數據采集前端，它的緊湊性和功能令Zephyr測試臺的使用者感到驚訝。技術團隊現在可以進一步進行分析，準備性能測試，并期待在新系統中繼續獲得引擎專業知識，并獲得HBK的技術支持。

解決方案

將Tescia?重復式測試系統，包括HBK著名的LAN‐XI數據采集硬件和專用軟件整合到Zephyr工作臺上。

階次分析，強大的分析工具

Tescia系統執行的階次分析是一個非常強大的工具，可將隨引擎轉速變化的頻譜轉換為明確和易于識別的信號：階次1，在圖表中橫軸標記為0到5的第一條垂線。

法航使用TESCIA系統優化ZEPHYR測試臺的圖4

此線的厚度隨著引擎的轉速在圖形的坐標（y軸）從0到2400rpm上升而改變。階次1代表監控軸的振動能量。使用Tescia系統的轉速測量和跟蹤濾波功能，使這種轉換變為可能。

該信號的高次諧波也顯示為垂線，這是可以理解的，隨著發動機的轉速上升第4階也在積聚能量。能量水平在圖表上以彩色顯示-從藍色表示最低水平，中間水平為紅色，黃色表示最高。圖表右側的刻度將振動位移值(以英吋峰峰值為單位)以彩色圖顯示。

結構的共振頻率是固定的，因此，在階次譜圖上顯示為曲線，如圖表上的14.28Hz頻率標記在大約1300rpm。在800rpm時，該共振頻率與第一階旋轉階次耦合，造成代表它的垂線稍微加寬。正是這種耦合，導致振動的能量被放大，并可由結構發出的噪聲進一步確認，這個頻率下的共振因引擎轉頻的通過而激發。

這些分析除了常見的輪廓線外，還能讓法航工業更快地識別超出維修程序允許的水平的可能原因。