3.2. Диагностика состояния двигателя по шуму

Шум исправного двигателя по своему спектру является сплошным во всем диапазоне частот с рядом дискретных составляющих. Широкополосный шум порождается беспорядочными колебаниями газовоздушного потока. Дискретный (узкополосный) шум обусловлен вынужденными колебаниями деталей двигателя.

Проанализируем субъективную оценку шума в зависимости от различных источников, рис.8.

Из рисунка видно, что если на пороге слышимости для человека, что соответствует звуковому давлению 20Мпа, это примерно уровень звуков в безветренную погоду, то окажется что самолет при взлете создает в радиусе 100 метров шум в 130 – 140дБ. Появление неисправностей в системах двигателей приводит к появлению новых источников шума и изменению спектра шума при его работе.

При исследовании шума как носителя диагностической информации, изучаются следующие характеристики звукового поля:

• спектр суммарной излучаемой акустической мощности;

• характеристики направленного излучения в различных частотных полосах;

• спектр уровня звукового давления в различных точках звукового поля;

• спектр шума при узкополосном анализе с использованием его записи.

При анализе шума с использованием узкополосного фильтра (ширина полосы менее 20Гц) на фоне сплошного спектра можно выделить дискретные составляющие, соответствующие частотам следования лопаток различных ступеней компрессора. Спектр этого же шума, получаемый при анализе широкополосными фильтрами представляется практически сплошным, так как в полосе пропускания таких фильтров обычно укладываются частоты нескольких источников излучения, что не позволяет точно определить неисправную систему.

Спектр шума отдельных агрегатов двигателя (насосы, генераторы и т.д.) может быть получен путем их прокрутки от постороннего источника на характерных для них режимах работы. Однако не во всех случаях представляется возможность поэлементных исследований, так как далеко не каждый источник колебаний является узлом или агрегатом двигателя. В этом случае применяется метод последовательных исключений, при котором отключают исследуемый источник, а шумы остальных источников рассматривают как фон. Уровень шума и вибраций источника определяют по формуле:

,

где L – уровень колебаний до исключения источника;

L₁ - уровень колебаний после исключения источника;

L₂ - уровень колебаний, создаваемый исключенным источником.

При этом методе источник колебаний исследуется в условиях работы двигателя и исключается влияние привода.

Исследование информации, снимаемой с микрофона, совместно с информацией, снимаемой датчиками давления и вибрации расширяет возможности каждого из этих методов диагностики и повышает разрешающую способность каждого из методов в отдельности.

Для измерения акустического шума применяют измерительные микрофоны.

Микрофон – электрический преобразователь, с помощью которого акустические колебания воздушной среды преобразуются в электрический сигнал.

Наибольшее распространение получили измерительные микрофоны конденсаторной, пьезоэлектрической и электродинамической схем.

Действие конденсаторного микрофона основано на преобразовании звукового давления, воздействующего на мембрану, в изменение емкости конденсатора, образованного мембраной, неподвижным электродом и воздушным зазором между ними.

Действие пьезоэлектрического микрофона основано на возникновении переменного электрического на пьезоэлектрической пластине при воздействии на нее звукового давления.

Рис. 8