航空发动机进气道静电传感器空间模型解析及感应信号影响因素实验分析

对进气道静电传感器的在航空发动机状态监测中的重要应用进行介绍并详细分析了静电监测原理,详细描述外来物静电感应的空间物理模型。根据进气道环状静电传感器的特性和空间物理模型构造出进气道静电传感器的空间感应数学模型,并利用数学推演的方法进行模型解析,得到了传感器输出信号的数学表达式;利用所获得的数学方程对进气道静电传感器静电感应信号的主影响因素逐条分析并讨论,然后以除传感器物理参数外的3个主要影响因素作为实验研究的变量,通过静电测试台架及用于进气道模拟的静电传感器完成了一系列验证实验,得到了实验数据并进行处理,根据数据处理结果详细讨论了主要影响因素与静电输出信号的关系。实验结果表明:油滴穿过速度、油滴荷电量、油滴径向位置都会对输出信号产生影响。

基于能力培养的《汽车单片机及车载总线技术》教学改革研究

本文针对《汽车单片机及车载总线技术》课程教学过程中存在的问题,提出了将案例课和项目课应用到课程环节的教学新模式,给出了整体设计方案和典型项目课案例,并构建了突出过程考核的成绩评测体系,旨在全面提升学生工程实践能力和解决实际问题的能力。

发动机气路环形静电传感器的传感性能研究

对航空发动机进气道静电监测原理进行分析,定义进气道环形静电传感器的空间灵敏度并建立环形探极的物理感应模型。针对出空间灵敏度难以度量的问题,利用ANSYS有限元分析工具对实验用进气道静电传感器感应情况进行仿真,进一步通过仿真数据分析环状静电传感器空间灵敏度的影响参数,并利用曲线拟合方法得到环状静电传感器空间灵敏度的分布函数。基于空间灵敏度分布函数和仿真数据对进气道静电传感器频率响应特性函数进行分析;利用静电传感器测试台架完成对比速度及空间位置对比实验,实验结果符合环状静电传感器的传感性能仿真分析的数据特性。

基于静电信号变分模态分解和随机森林的气路故障识别方法

气路静电监测是面向航空发动机健康诊断的全新技术,为使其后续可应用于气路故障识别,提出一种基于变分模态分解和随机森林的识别方法。首先分析了气路静电监测原理,针对静电信号噪声干扰问题,提出了一种基于变分模态分解和峭度-排列熵重构准则的静电信号增强方法,并提出故障特征集构造方法,帮助有效提取关键故障信息;进一步通过开展燃烧室积碳、叶片-机匣碰摩、部件掉块等模拟实验,获取故障静电信号和特征集,并构建了基于随机森林的故障类型识别模型。结果表明:所提方法测试集上识别精度达到90%以上,且所提出新特征的归一化重要度达到0.2以上,较传统特征更高,能为基于静电监测的气路部件故障识别提供有效途径。

基于PXI的航空发动机尾气静电监测系统

通过对航空发动机静电监测技术的原理及其现状分析,设计了一套基于PXI总线的航空发动机尾气静电监测系统。详细介绍了系统硬件组成与相关软件功能模块设计。该系统以PXI主控计算机为核心,以LabVIEW软件编程为系统开发工具,有效地提高了系统的自动化程度、灵活性和可靠性,降低了系统组建成本。在实际模拟测试中,能够准确快速地监测到发动机尾气中故障颗粒,取得了应用效果,具备推广与应用前景。

基于静电传感信号的小孔泄漏探测方法与试验

根据高压气体从小孔喷出时在喷出区域附近积聚大量电荷的现象,提出基于静电传感信号的小孔泄漏探测原理和信号处理方法,并开展探索性静电感知试验。首先,分析气体从小孔泄漏喷出导致附近区域异常带电的机制,并引入基于静电传感的泄漏探测理论方法;然后,针对静电信号内含信息提取问题,提出一种基于稀疏分解的信号降噪与特征提取方法,进一步在压力管道气体泄漏试验平台开展气体泄漏喷出静电感知试验;最后,对小孔泄漏静电探测应用场景展开讨论。结果表明:泄漏发生时喷射气体的静电信号特征十分活跃,且信号平均峰值与喷射压力呈二次正相关,静电传感技术有望为泄漏监测提供一种新的手段。

航空发动机尾气静电监测及其信号特性分析

对尾气静电传感器在航空发动机气路状态监测中的发展和应用进行分析,描述了尾气静电监测原理和尾气静电传感器物理模型;在此基础上建立了其空间感应数学模型,得出感应信号输出的数学表达式并分析静电传感器输出信号的影响因素;搭建了该静电传感器的性能测试台架,以输出信号的主要影响因子作为实验中的自变量,进行了3组参数对比实验,根据实验量化结果分析完成了对所获得数学表达式的验证。实验结果表明,粒子运动速度、带电量、相对运动位置是影响静电感应信号输出的主要因素。

基于静电监测和神经网络的航发典型故障诊断

为解决航空发动机中典型气路机械故障模式的诊断问题,开展了故障模拟静电监测实验。利用经典特征参数分析了4类典型故障模式下的静电信号,在此基础上进一步提出几类新特征指标和初始故障判别逻辑理论,并利用Fisher准则方法对所提新特征指标的有效性进行验证。提出一种基于自组织映射神经网络的气路故障诊断工程化应用方法,并对故障诊断算法进行实例验证,结果表明,基于静电信号和自组织映射神经网络的气路故障诊断方法能够很好地识别不同故障模式并具备良好的可视化表达效果,为气路故障诊断提供了一种很好的工程化研究方法。

融合静电信号和气路参数的发动机性能评估方法

为了研究静电监测技术对航空发动机的监测效果,开展了航空涡喷发动机静电监测台架实验,获得了140个完整试车阶段的静电信号数据。针对发动机传统气路性能评估方法的信息源有限的问题,提出了一种融合静电信号和气路参数的发动机性能评估流程和方法,进一步采用了基于逻辑回归模型的评估算法对发动机的综合性能进行量化评估,通过融合试车实验的静电数据和性能参数,对发动机的健康状态评价方法进行研究。结果表明:当健康值为0.9以上可以认为发动机为健康状态,当健康值小于0.3时可以认为发动机已经发生了较为严重的退化,所提出的融合评估方法要优于传统的性能参数评估方法,能够提前预警气路性能严重退化。

基于静电信号排列熵的航空发动机异常探测

该文利用航空发动机气路静电监测技术开展涡扇发动机试车静电监测试验,介绍了发动机试车台架所用的静电传感器和试车安装环境,采集到一些发动机异常状态下的静电信号数据。提出了一种基于静电信号排列熵值的气路状态异常检测方法对发动机气路异常状态进行检测,并与静电信号经典特征参数的分析结果进行对比。试验分析结果表明,排列熵指标对气路故障所导致的气路状态的突变比原始信号和经典特征参数更加敏感,同时,相较于传统特征参数排列熵指标能够更清晰地反映出燃烧故障进程中的故障变化情况。

气路静电传感器信号处理电路设计及仿真分析

针对航空发动机气路静电传感器输出信号微弱且易受外在及固有噪声影响的特点,设计了一种新型静电信号处理电路。基于静电传感器感应电极的等效电路模型,设计高输入阻抗FET运算放大器作为采集模块,采集输入信号并实现电流值到电压值的转换;进一步利用低噪声测量放大器作为信号放大模块将微弱信号放大;使用直流电池作为电路供电模块,以隔绝外在电缆引入的工频干扰。对电路的增益、带宽及噪声特性进行分析,通过Multisim软件进行电路仿真;最后通过实际信号测试对电路的信号处理效果进行验证。仿真及测试实验结果表明:设计的电路能够有效放大静电信号并减少毛刺噪声,具有良好的处理效果。

静电传感器对滑油系统磨粒电量测量方法研究

根据静电感应原理,磨粒出现在空间不同位置时,静电传感器电极感应到的电荷量相差很大,由于磨粒出现的位置是未知的,因此很难精确测量磨粒的带电量。借助数学模型,对传感器输出信号与磨粒的关系进行仿真分析。由仿真结果可知,信号的幅值与磨粒携带的电荷量以及磨粒在传感器中所处的径向位置有关;而在已知管道中滑油流速分布的情况下,脉冲宽度只与径向位置有关。提出了通过脉冲宽度确定磨粒所处的径向位置,根据传感器在该径向位置处的灵敏度获得比较准确的磨粒带电量的测量方法。通过带电油滴模拟磨粒,对该方法进行实验验证,实验结果与仿真分析结果基本重合,该方法的测量结果与通过静电计测得的结果相比,误差不超过5%。

基于模态分量优化重构和稀疏表达的静电信号联合降噪方法

航空发动机静电监测技术表现出了较高的故障预警能力,但原始静电信号常包含较多噪声,为提高故障信息提取的准确性,必须对静电信号进行降噪处理。本研究首先介绍了静电监测技术的原理,分析了信号的噪声的来源和主要构成;针对静电信号耦合噪声滤除问题,引入了信号稀疏表达和经验模态分解理论,研究了模态分量的筛选依据和相关准则,并提出了一种基于模态分量优化重构和稀疏表达的联合降噪算法和具体流程;利用所提方法对涡扇发动机试车实验中采集的实际静电信号进行了降噪效果验证,并与其它方法进行了对比。结果表明本文方法在滤除随机噪声以及工频干扰的同时能更高程度的保留有用异常颗粒信号,稀疏迭代次数在设置为20~50时均能够较好提取异常信号。

航空发动机吸入颗粒物静电感应特性的模拟实验及分析

利用静电传感器和SC-010型环境试验箱等硬件搭建了吸入颗粒物静电监测模拟实验平台,并在此实验平台上展开了针对航空发动机吸入颗粒物静电感应特性的模拟实验研究,成功获取相应静电监测信号。实验设置颗粒材料、管道流速、颗粒粒径和颗粒投入质量4种变量作为变量条件,分别进行4组单一变量的对比实验,采集在不同颗粒材料、不同管道流速、不同颗粒粒径以及不同颗粒质量浓度环境下带电颗粒所产生的静电感应信号,对每组实验信号的活动率水平(AL)、正/负事件率(PER/NER)和绝对平均幅值等特征参数进行相应的数据分析和对比,并得到了一些有用的结论。实验发现,上述4种变量条件分别对静电感应信号的绝对时域平均幅值、AL参数、PER/NER参数有不同程度的影响。

某型航空涡扇发动机静电传感器机载化监测实验

计了一种特定尺寸的静电传感器,并将其装配在涡扇发动机低压涡轮出口附近的尾喷管管壁,以民用涡扇发动机为静电传感器载体及监测对象开展静电监测实验.以一个完整性能试车过程为周期,采集周期内的尾气静电信号.进一步对静电信号和发动机性能参数进行数据对比分析,同时对测试过程中异常状态下活动率水平(AL)和负事件率(NER)进行计算.实验验证了航空发动机静电监测技术具备机载化的可行性,实验结果表明:正常状态下静电信号电压幅值大小约为5mV,静电水平跟随运行功率变化并呈正相关性;静电传感器对尾气中存在的异常颗粒具有良好的监测效果,在发动机富油状态下静电信号的活动率水平和负事件率分别达到14pC及8%.

一种基于稀疏分解的静电信号去噪方法

介绍了发动机静电监测技术的原理,对静电监测信号的复杂噪声成分和类型进行分析,总结了以往经典去噪方法的不足。针对静电信号复杂噪声滤除问题,提出了一种基于稀疏分解理论的静电信号去噪方法。分析了基于稀疏分解的静电信号去噪方法流程;以所构建仿真信号和实测试车静电信号作为分析对象,利用所提方法进行了去噪分析与实例验证,并与其他经典方法的去噪效果进行了对比。结果表明:基于稀疏分解的静电信号去噪方法具有很高的灵活性,能对信号背景中包含的高斯白噪声以及工频干扰噪声能够进行有效地去除,同时能够对于有用脉冲信号的成分进行保留,针对复杂静电信号去噪问题具有良好的应用效果。

基于IDMS的航空发动机砂尘吸入物定量监测

针对航空发动机砂尘吸入物定量监测的问题,提出了基于进气监测系统(IDMS)的砂尘吸入物质量浓度监测及总量估算方法。借助ANSYS电磁场仿真软件建立了IDMS系统有限元模型,实现对发动机实际工况下的砂尘吸入物的静电场模拟,研究确定砂尘吸入物质量浓度、荷质比等宏观参数与IDMS监测信号的关系。研究发现所建立的IDMS有限元模型获得的传感器特性与前期试验获得的结论一致,静电信号随吸入颗粒物浓度的变化与试验中实测信号的变化趋势一致,为基于IDMS信号的砂尘吸入物定量监测和评估提供理论依据。仿真试验表明,荷质比一定的情况下IDMS感应电荷量与砂尘浓度呈线性增长关系,通过IDMS感应电荷信号可实时监测发动机砂尘吸入物质量浓度,并可进一步累积估算一段时间内砂尘吸入物总量,最终总量估计误差不超过4%。

航空新型静电传感器建模与标定实验

静电传感器是一种用于航空发动机润滑油路中磨粒在线监测的新型传感器,为了对静电传感器的特性进行研究,改进了静电传感器的数学模型,设计了静电传感器标定装置。标定装置通过高压电场使油滴荷电,可以产生电量和极性可调的带电油滴,并可通过静电计准确测量产生的油滴电量。通过对数学模型的分析,以及标定实验的实验研究,确定了传感器的空间灵敏度分布;发现并验证了定速带电油滴沿着传感器固定径向位置移动时,静电传感器输出电压的峰值与施感电荷呈线性关系;通过标定实验获得了传感器的标定曲线,并进一步定量确定了传感器静态灵敏度在径向位置上的分布,标定实验也同时验证了数学模型的正确性。