法航使用TESCIA系统优化ZEPHYR测试台

HBK声学与振动

2021年12月9日 11:33

法国航空

法国航空公司拥有超过14,000名员工，为全球200多家航空公司提供3000多架飞机发动机的维护与大修。本案例研究着重说明法航如何使用Tescia优化其Zephyr测试台。

在制造商指定的一定飞行时间之后，或在每四年或五年进行一次重大维修期间进行发动机检查和大修，或以航空条款进行性能修复。法国航空公司拥有超过14,000名员工，为全球200多家航空公司提供3000多架飞机发动机的维护与大修。

需要进行大修的飞机引擎在Orly和Roissy的法航工场花费大约三个月。引擎拆除后，零件经过详细检查、清理、更换或维修，并由专门技术团队在最终测试之前重新组装整个引擎。

挑战

为了通过性能测试，飞机引擎的参数经过严格检查。

对于振动，会在引擎上的两个位置检查正确的平衡，并通过永久安装的加速度计监测，连续记录振动位移，振动值必须保持在非常精确的容差范围内。

为了在此领域获得更多专业知识，法航工业向HBK寻求帮助。

实际检查

在允许再次飞行之前，引擎必须在尽可能接近真实工作环境下进行测试，并且必须在Zephyr测试台上通过性能测试，在那里检查多项参数，包括推力、引擎上不同位置的温度、压力和振级。工作台当然会为这个关键阶段做好准备，对于振动，将在引擎上的两个位置检查和调整平衡，所测量的振动信号来自永久安装的加速度计。这些传感器可持续记录飞机运行期间的振动位移，必须保持在非常精确的公差范围之内。为了进一步研究这些振动信号，并在此领域获得更多专业知识，Zephyr Dubanc经理Ivan Rouesné联系了HBK。

短舱的外观检查

在分析客户的需求后，HBK的业务开发经理Philippe Potereau，提议在Zephyr工作台上并行添加一个重复振动测量系统-即最初为航空工业涡轮发动机测量设计的Tescia重复式测试系统。一套完整的Tescia系统，包括Brüel & Kjær著名的LAN‐XI数据采集硬件和一套软件，它既可以配置在只有一个用户的小型生产环境中，也可以配置在具有多个测试和监控席位的大型系统中使用，保证多个团队实时即时访问数据。

法航使用TESCIA系统优化ZEPHYR测试台的图2

从控制室内看到的性能测试，使用Tescia软件提供额外的数据监视与验证

了解振动特性

引擎测试团队负责人Ivan Rouesné表示：「法航技术人员和工程师团队在HBK的美国团队的全天候支持下迅速掌握了Tescia的使用，并分析收集到的数据。他继续说：「当引擎被重新组装时，我们会检查平衡。

「与我们在GE90-115型引擎上所做的一切相比，振动测量可能看起来像是一个小细节。在性能测试中，投入了大量的力量，我们不放过哪怕一丝一毫不平衡的迹象并不惜代价予以消除。一次完整的测试要在两次七小时的班次内完成，但如果由于平衡造成的振动位移量超出了允差，就可能必须停止一个起飞测试，即使消耗了大量燃料也在所不惜。

法航使用TESCIA系统优化ZEPHYR测试台的图3

测试间内的性能验证

「我们要求测量系统绝对可靠，并保证测量结果准确，并且对引擎运行没有影响。我们希望在测试台上进行额外的—更专业和更详细的振动测量，我们向HBK寻求帮助并赞赏其高效的支持的和专业水准。这样能够更好地了解这些信号，并学会如何充满信心地处理这些信号。我们能够远程检查无法实际物理检查的加速度计，以确保测量结果的可靠性。在为波音777提供动力的GE90-115引擎上，我们持续监测两个以不同转速运转的耦合转子，且振动不得超过允许的位移值。我们能够在Tescia系统上轻松解读它们的振动特性，这为我们从复杂过程中即时提取清晰、有用的信息，例如使用跟踪滤波器以获得清晰可靠的信号。」

由Tescia软件驱动的LAN-XI数据采集前端，它的紧凑性和功能令Zephyr测试台的使用者感到惊讶。技术团队现在可以进一步进行分析，准备性能测试，并期待在新系统中继续获得引擎专业知识，并获得HBK的技术支持。

解决方案

将Tescia®重复式测试系统，包括HBK著名的LAN‐XI数据采集硬件和专用软件整合到Zephyr工作台上。

阶次分析，强大的分析工具

Tescia系统执行的阶次分析是一个非常强大的工具，可将随引擎转速变化的频谱转换为明确和易于识别的信号：阶次1，在图表中横轴标记为0到5的第一条垂线。

法航使用TESCIA系统优化ZEPHYR测试台的图4

此线的厚度随着引擎的转速在图形的坐标（y轴）从0到2400rpm上升而改变。阶次1代表监控轴的振动能量。使用Tescia系统的转速测量和跟踪滤波功能，使这种转换变为可能。

该信号的高次谐波也显示为垂线，这是可以理解的，随着发动机的转速上升第4阶也在积聚能量。能量水平在图表上以彩色显示-从蓝色表示最低水平，中间水平为红色，黄色表示最高。图表右侧的刻度将振动位移值(以英吋峰峰值为单位)以彩色图显示。

结构的共振频率是固定的，因此，在阶次谱图上显示为曲线，如图表上的14.28Hz频率标记在大约1300rpm。在800rpm时，该共振频率与第一阶旋转阶次耦合，造成代表它的垂线稍微加宽。正是这种耦合，导致振动的能量被放大，并可由结构发出的噪声进一步确认，这个频率下的共振因引擎转频的通过而激发。

这些分析除了常见的轮廓线外，还能让法航工业更快地识别超出维修程序允许的水平的可能原因。