摘要：当航空发动机转子处于高速运转状态时，转子质心将会偏离旋转中心，导致发动机振动。如果发动机振动来源于质量不平衡，就会降低发动机的性能，严重者使发动机零件受损，甚至是导致发动机停转。面对这种现象，就需要对发动机进行维护，也就是让发动机转子动平衡，即用平衡机将转子的不平衡度测量配平，使转子的不平衡量相对趋于稳定水平。鉴于此，本文立足于航空发动机转子动平衡概述，围绕动平衡方法展开如下探讨。
关键词：航空发动机；转子动平衡；振动；平衡方法
引言
如果航空发动机转子系统在处于高温、高速以及高压状态下的时候，很容易出现点变形，从而达到发动机整机振动，严重者还会影响发动机的正常使用。通过分析航空发动机转子动平衡不平衡的原因，发现航空发动机转子动平衡方法的使用存在着一定的缺陷，在此基础之上，优化改进平衡方法，并且通过分析计算工装误差的方法，能够有效解决转子动平衡振动问题。
1.航空发动机转子动平衡概述
航空发动机转子产生振动和噪声的主要原因是由于转子不平衡引起的，这种现象会直接影响发动机的使用寿命和使用性能。因此，对于转子动平衡技术的研究意义重大，特别是对航空发动机柔性转子动平衡技术的研究具有非常重要的现实意义。我们经常见到的用于旋转运动中的零件主要有主轴、各种驱动轴、涡轮转子以及电动机等，这些机械设备有着共同的特点，即均为旋转体。如果旋转体处于理想的旋转状态时，此时轴承上的压力和不旋转时轴承上的压力相同，将这种旋转体称为平衡旋转体。但是，在毛坯缺陷、材料均匀性不达标以及加工错误等因素的影响下，旋转体上的每个微小颗粒产生的离心惯性将难以抵消，最终将使轴承作用于机械以及基础上的离心惯性力引起振动，进而产生噪声，加剧轴承的磨损程度，这样一来，机械设备的使用寿命也将会被缩短，甚至对机械设备造成破坏性事故[1]。为此，面对这种现象，必须通过对转子进行平衡，从而将其精确度控制在合理的范围内，或者通过减小机械振动幅度使转子处于平衡状态。
1.1转子动平衡原理
所谓的转子动平衡也就是在转子旋转状态下，通过测定被测转子不平衡量的方位和大小，使用科学方法将转子调至平衡状态的方法。通过对转子进行动平衡检测，能够有效去除转子的
不平衡量，并且还能够除去被测转子的不平衡力，由此可见，转子动平衡适合用在不同类型柱状转子的平衡中。转子动平衡测量工作的进行，要确保支撑转子旋转位置的支撑点足够自由，以便能够确保转子在旋转的过程中产生的离心力能够和转子的不平衡量之间呈现出明显的线性关系，并且作有规律的振动。这样一来，就可以将支撑系统作为质量—弹簧系统，在明确支撑点振动量的前提下，就能够获取被测转子在校正平面上不平衡的相位和量值，以此为依据对被测转子进行平衡校正，这也就是转子动平衡的测量原理。
1.2航空发动机转子不平衡量预测
在科学技术水平不断提升的时代背景下，转子的高效运行和设备的稳定性息息相关，对于转子而言，对转子进行动平衡校正对于控制转子的最终剩余不平衡量具有非常重要的意义。由于转子不平衡产生的离心力在高速运转状态下会直接导致转子处于剧烈振动的状态，而且还会磨损轴承伴随噪声出现，最终将直接影响转子的使用寿命，对此，在完成转子装配工作后，就需要进行动平衡试验，准确做好不平衡量的分析以及测定工作，以便能够最大限度保障动平衡机的性能。目前，对于转子装配不平衡量的预测分析还存在着一定的缺陷[2]。比如，实际回转轴线的位置情况，该位置直接决定着装配体的实际空间位姿，对装配后的初始
不平衡量的影响较大，但是，关于这方面的研究并不多见。目前，对于装配后静、偶不平衡的区分相对较少，很多文章都是围绕产生静不平衡量的原因进行分析的，在此过程中忽略了偶不平衡量对转子振动产生的影响。此外，对于叶片装配情况的分析也相对较少，不平衡量除了会受到鼓筒以外的转子叶片装配质量的影响外，叶片不平衡也会成为影响转子装配不平衡量的主要原因，对此，需要进行深入研究。
2.航空发动机转子常见故障分析
2.1转静碰摩故障
对于航空发动机而言，为满足低油耗以及高推重比的要求，航空发动机的转速逐渐提升，转子和静子之间的间隙也在随之减小，这样一来就增加了转子和静子之间的摩擦概率。一旦转静子之间发生碰撞或者摩擦，将会使静子间的摩擦力加大，大大降低工作效率，严重者还会导致叶片折断。而如果在封严结构与轴之间出现碰撞或者摩擦，将会使封严结构受损，并且导致轴局部发热而弯曲，最终加剧机械振动。同时，转静子的碰撞或者摩擦还会导致转子出现非协调性运动，从而在转子内部产生交变应力，导致转子疲劳受损[3]。
2.2不对中故障
各轴系之间出现不对中故障的主要原因来源于安装误差、基础松动以及承载后的变形等方面，一旦出现不对中故障，将会引起径向和轴向交变力，导致转子在径向或者轴线发生振动，最终造成轴的挠曲变形、轴承磨损以及转子和静子发生摩擦、碰撞等。
2.3热弯曲故障
导致航空发动机转子产生较大振动的原因主要来自制造、装配中的不平衡以及起动过程中产生了热弯曲现象。其中，转子热弯曲现象主要出现在发动机停车后的冷却过程，由于自然对流换热，使转子下部的冷却速度比上部快，从而在转子的上下表面出现了一定的温度差，进而引起了弓形的热弯曲现象，最终产生了较大的不平衡。如果再次起动，振动响应将随之增加，进而加剧转静子的摩擦故障[4]。
2.4叶片振动故障
航空发动机转子出现故障的原因除了来自以上方面外，转子叶片的工作环境恶劣同样也是导致故障出现的关键原因。当叶片振动非常严重的时候，叶片将会断裂，叶片的飞失将会加剧不平衡现象，从而引起较大的瞬态振动，导致转子失稳，结构松动以及轴上有裂纹产生等一系列故障。
2.5松动故障
在长时间受到循环交变荷载作用下，发动机将会出现塑性变形和弯曲疲劳现象，此时，连接螺栓将处于松动或者脱落状态，致使支撑刚度不足，导致发动机出现异常振动。
2.6疲劳裂纹故障
航空发动机在长时间运行的过程中，由于受到高速、高温以及突变荷载等作用的影响，就会增加出现疲劳裂纹的概率，导致裂纹不断扩大。
2.7滚动轴承故障
当航空发动机处于高速运转状态时，涡轮系统和压气机中，滚动轴承故障较为常见。大量实践研究表明，大约90%的滚动轴承故障来源于内圈或者外圈的缺陷，而10%的故障来源于保持架或者滚动体。此外，滚动轴承是强烈的非线性因素，为了能够有效应对滚动轴承的故障，就需要加大对非线性动力学机理的研究力度，明确一个故障的产生可能会伴随其他故障的思路，重视多种故障的耦合以及非线性因素，在此基础上进行力学分析，为航空发动机转子的高效应用提供可靠的保障[5]。
3.现有转子平衡方法的应用缺陷及原因
3.1缺陷
就以某台进场维修的航空发动机故障为例，故障产生的原因主要是因为EGT温度超高，在拆下压气机转子组件后未及时对其进行分解。根据相关要求重新对高压压气机进行磨削后，需要重新进行平衡。在平衡过程中发现，在平衡机多次旋转的过程中，初始不平衡量的大小不同。设备厂家和OEM分别对这种现象进行分析，给出主要是因为HPC转子的叶片有所松动，并且分别给出了清洗内腔灰尘和使用8点法平衡转子组件的处理方法。其中，8点法也就是以0°、90°、180°、270°为起点旋转平衡机，并在每个旋转点旋转两次，求取8次的矢量平均值；将转子取下后，使芯轴180°平衡后继续平衡8个点，再求取平均值。用转子进行180°调整后，计算两个平均值后的转子失衡量，最后平衡转子至所需的范围[6]。
3.1.1叶片松动问题
转子发动机平衡梁的数据稳定性在很大程度上会受到叶片松动的影响，如果在反复测量同一点时，平衡机上的数据将会出现反复变化或者漂移的情况。
3.1.2工装误差不稳定
由于平衡芯轴的驱动臂连接工装体现在多个方面，这种现象影响了工装误差，因此，要求工作人员在安装环节必须做到准确判定。
3.1.3检测方法可靠性差
在平衡检测阶段，由于缺少可靠的数据信息为依据，进而影响了不平衡量测量结果的精准度。
3.2航空发动机转子动平衡的不平衡原因
3.2.1加工原因
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