航空活塞式发动机振动试验方法
1  范围
本文件规定了航空活塞式发动机振动试验的试验条件、试验件、试验装置和测量设备、试验流程、试验数据处理和试验报告等要求。
本文件适用于民用航空活塞式发动机振动试验。
2  规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T 14412  机械振动与冲击-加速度计的机械安装
GB/T 23341.1-2018 涡轮增压器第1部分：一般技术条件
GB/T 23341.2-2018 涡轮增压器第2部分：试验方法
3  术语和定义
GB/T 23341.1、GB/T 23341.2界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
振动敏感部件  vibration sensitive part
在发动机转子转速使用限制范围内或附近具有明显共振的部件。
3.2
振动不敏感部件  vibration insensitive part
在发动机转子转速使用限制范围内或附近没有明显共振的部件。
3.3
关键部件  critical part
失效后产生危害性发动机后果的部件。
3.4
疲劳极限  fatigue limit
经过无穷多次应力循环而不发生材料疲劳破坏时的最大应力范围。疲劳极限由稳态应力、温度和其他因素决定。钢的疲劳极限用一千万次循环疲劳测试表征。
3.5
安全极限频率 Safety limit frequency
发动机零部件在发动机转子的转速使用限制范围内安全工作的极限频率。
4  试验目的
振动试验的目的包括：
1)验证发动机不会把过大振动传递到振动敏感部件和航空器结构；
2)验证发动机的轴类零部件（曲轴和螺旋桨轴或其他输出轴）的振动应力在所有气缸
正常点火工况下不超过疲劳极限，在单只气缸不点火工况下不产生影响发动机安全
发动机转速
使用的过大振动。
5  试验原理
航空活塞发动机振动试验原理是通过振动扫频试验、振动驻留试验和缺缸振动扫频试验，验证实验目的是否实现。具体包括：
1)开展振动扫频试验，利用加速度计、位移传感器、转速传感器等测量设备实时监测
发动机在规定的转速范围内振动响应，包括位移、速度、加速度等参数，并确定峰
值振幅和相应的发动机转速。
2)开展振动驻留试验，在每一选定的峰值振幅的工况点进行振动驻留试验并进行发动
机分解检查，表明发动机部件不产生过大振动应力、发动机不会将过大的振动力传
给航空器结构且发动机轴类零部件在所有气缸正常点火工况下不会发生振动破坏。
3)开展缺缸振动扫频试验，获取单只气缸不点火工况下发动机轴类零部件和安装节的
振动特性，以确定发动机在此非正常状态下安全使用的条件。
6  试验前准备
6.1 试验大纲
试验前应编制大纲。试验大纲应包含但不限于以下内容：
1)试验依据及发动机的说明（包括发动机的构型、发动机在试验装置上的安装、发动
机的编号等）；
2)试验中使用的所有试验设备清单及校验和批准说明；
3)测试设备及其精度；
4)列出试验件、陪试件和试验装置的清单，以及制造符合性要求；
5)该试验预期如何表明对拟验证条款符合性的说明；
6)发动机发生零部件振动失效等影响设备、人员安全的安全预案；
7)试验步骤；
8)试验成功判据；
9)记录项目等。
6.2 试验转速的确定
试验转速条件应满足以下要求：
1)所有气缸正常点火工况下的振动试验中，发动机转速需覆盖从慢车转速到发动机最
大连续转速额定值的110％或到最大起飞转速额定值的103％（两者中取较大者）；
2)单只气缸不点火工况下的振动试验中，发动机转速仅需覆盖从慢车转速到所要求的
最大起飞转速或发动机在缺缸条件下所能达到的最高转速（两者中取较小者）；
3)振动试验中需要分别考虑发动机转速快速加减和慢速加减对振动应力结果的影响。
推荐的快速加减速率为：1秒内转速从慢车加速到100%最大转速，或从100%最大
转速减速到慢车；推荐的转速慢速加减速率为：按照每秒1%最大转速的速率从慢
车加速到100%最大转速，或从100%最大转速减速到慢车。
6.3 振动试验件的确定
振动试验按照图1的流程确定发动机构型中的试验件的类型，以及对应的振动试验方法。
图1 振动试验分析流程图
发动机应按照以下原则确定振动试验的试验件。
1)失效后会危害发动机安全的关键部件，如燃油管路、燃油泵等部件，需要对部件进
行振动扫频试验，确定部件的最大振动位移对应的转速工况点，并且在该工况点进
行振动驻留试验，以表明在具有代表性的应力循环次数下，部件不会出现疲劳导致
的破坏；
2)其他零部件通过分析或试验表明部件的固有频率，如固有频率大于安全极限频率，
则认为该部件为振动不敏感部件，可通过分析表明符合性；反之则认为该部件为振
动敏感部件，需要通过对部件进行弯曲扫频试验，确定部件的最大振动位移工况，并且在该工况点进行振动驻留试验，以表明在具有代表性的应力循环次数下，部件
不会出现疲劳导致的破坏；
3)轴类零部件，如曲轴、螺旋桨等其他发动机输出轴，需要进行振动扫频试验，确定
轴的最大扭转对应的转速工况点，并且在该工况点进行驻留试验，以表明在具有代
表性的应力循环次数下，部件不会出现疲劳导致的破坏；
4)针对轴类零部件和发动机安装节进行缺缸振动扫频试验，以确定在此非正常工作状
态下的安全使用条件，缺缸振动扫频试验使用的发动机转速范围为慢车转速至最大
起飞转速或发动机在缺缸条件下所能达到的最高转速（两者中取较小者）。
6.4 试验装置
试验前应当对试验装置与测量设备进行制造符合性检查，以确定试验装置在鉴定的有效期内。振动试验试验装置应至少具备以下功能：
1)螺旋桨试验台：应包含模拟航空器安装节刚度的安装支架和航空器预期安装的螺旋
桨型号，用于模拟发动机振动负载和安装刚度并确保发动机的安全稳定运行。
2)发动机对外输出加载装置：试验装置应具备对发动机对外输出附件（如真空泵、发
电机等）进行加载的能力。
3)传感器与数据采集系统：安装在发动机和试验台上的多种传感器（如加速度计、转
速传感器、光电编码器等）用于监测振动响应。数据采集系统实时记录这些数据，以便分析发动机的振动特性。
4)安全防护装置：包括过载保护、紧急停止按钮等，确保在异常情况下能迅速采取措
施，保护设备和人员安全。
考虑到发动机运行过程中可能出现的高温、高压、油污等环境因素，在选择试验装置及附件的过程中应当考虑部件的耐久性和防护等级。典型的振动试验装置示意如图2所示。
图2  典型发动机振动试验装置示意图
6.5 试验测量设备要求
测量设备经过授权的计量部门鉴定、校准并附有合格证明文件，并且在鉴定的有效期内。并满足以下要求：
1)转速传感器的精度为1%，采样频率设置不低于10MHz;
2)加速度传感器布置在靠近试验件振幅最大点的位置（可通过试验或分析的方法确定
位置），精度为5%，采样频率设置不低于10KHz
7  试验要求
7.1 振动扫频试验
7.1.1试验流程
振动扫频试验一般包括发动机的状态确认、试验件的状态确认、试验设备和测量设备检查、传感器的安装、试验测试操作、试验数据测量采集、试验后检查等活动。试验流程如图3所示。
图3 试验流程示意图
7.1.2 试验装置和测量设备检查
试验前应检查试验设备和测量设备状态以及试验人员要求。试验用的测量设备应经过计量部门鉴定和校准，并满足测量设备的要求，并且在校准的有效期内；试验人员应具备操作试验设备的相应资质。
7.1.3振动测量设备的安装
在发动机振动试验中，安装传感器时应注意以下几个关键方面。
1)正确选择合适的位置，保证传感器与待测部件的对接准确，确保传感器安装在发
动机振动最显著或最有代表性的部位，例如轴系的转速传感器应准确安装在指定
的机械部位上，无松动或偏移。
2)安装基础稳定，安装传感器的表面需清洁、平整、坚实，以防止因安装面不稳定
导致的额外振动或信号失真。
3)固定方式恰当，使用适当的固定方法，如螺钉紧固或粘接剂固定。螺钉安装时应
确保传感器与被测物接触面垂直，且不会引起额外的应力集中。若使用粘接剂，
要确保其适用的温度范围和振动频率范围符合试验需求，并且考虑到拆卸时可能
带来的影响。
4)信号线缆应布置整齐，避免与其他线束混杂，减少电磁干扰。同时，信号线应具
有良好的屏蔽层，并按照规范接地处理。
5)对于方向敏感的传感器，如加速度传感器，需要严格按照指示方向安装，确保X、
Y、Z轴对应于正确的振动方向，可参考GB/T 1441要求执行。