航空发动机气路故障静电监测技术研究

航空发动机气路中任一部件的故障都会严重影响发动机的性能,甚至造成严重后果。本文研究了基于静电监测机理的发动机气路碎屑监测技术,设计了一套航空发动机气路故障静电监测系统,并在发动机模拟试验台上进行了两种典型故障模拟试验。研究表明,该系统通过监测发动机排气颗粒的静电电荷水平和变化规律,可判断发动机气路部件的故障情况,为发动机故障诊断和健康管理提供关键技术手段。

航空发动机碰摩故障在线监测与诊断研究

航空发动机碰摩故障是一类常见的发动机气路故障,通过研究航空发动机压气机叶片-机匣碰摩故障特点、故障产物性质、静电感应原理和碰摩颗粒荷电机理,提出了一种基于静电感应技术在线监测航空发动机碰摩故障的方法。在航空发动机碰摩故障监测原理的基础上,自行设计制造了航空发动机压气机碰摩故障模拟实验平台并开展了航空发动机压气机碰摩故障模拟实验研究。利用该平台验证了静电感应技术监测碰摩故障的可行性,通过提取模拟故障静电信号的时域、频域特征,揭示了碰摩故障静电信号特征。研究表明电压信号均方根值及碰摩频率频谱幅值、电荷信号活动率水平及事件率可以作为诊断碰摩故障的特征参数。

中国上空民航飞机NO_x排放分布再探

对 1 998年旺季 (4月～ 1 0月 )的中国上空民航飞机的NOx 排放量及其分布进行了评估 ,并结合国内外有关数据进行了分析和比较 .结果表明 ,目前中国的商业飞行所造成的NOx 排放主要集中在 (大 )城市上空 ,各城市上空的大气污染程度有很大的不同 ,且这些城市上空的NOx 含量沿高度方向由地面向高空递减 ;就自身发展来看 ,目前的高空飞机NOx 排放量已比 6年前增加 1倍多 ;从横向比较来看 ,目前中国几个大城市上空飞机的NOx 排放量已达到并超过 6年前全球空运发达地区的排放量 。

分级/预混合预蒸发贫油燃烧低污染方案NO_X排放初步研究

对分级/贫油预混合预蒸发低污染燃烧方案的氮氧化物排放进行了初步试验研究,主要目的是考察贫油预混合预蒸发级降低污染排放的能力。预燃级是常规双涡流器空气雾化喷嘴,主燃级是空气雾化喷嘴雾化燃油,配装蒸发管,头部涡流器组织燃烧。燃油为RP-3航空煤油。采用单头部燃烧室,工况模拟了燃烧室进口温度(800K)、进口速度和总油气比,压力为常压。研究结果表明,旋流式贫油预混合预蒸发燃烧的主燃级有降低氮氧化物的潜力,相对于常规燃烧组织方式,能够降低NOX排放量为60%,同时发现,燃油分级比例对NOX降低也有很大影响。

航空发动机气路静电监测传感器特性

分析了发动机气路静电监测的原理,对监测系统关键器件—静电传感器的灵敏度分布和频率响应特性进行了研究,通过数值模拟和曲线拟合的方法确定了传感器的灵敏度分布函数,进而推导了传感器的频率响应函数,分析了传感器探极半径和对灵敏度分布与频率响应影响,以及颗粒运动速度对频率响应的影响。理论分析和模拟实验结果表明:静电传感器在空域和时域内均为低通滤波器,半径大的传感器灵敏度较高,空域频谱和时域频谱较宽。颗粒运动速度越快,传感器输出信号的频带越宽,但幅值相对越小。

航空发动机喷嘴结焦积碳的性质

针对航空燃料燃烧时会在航空发动机喷嘴处产生大量结焦积碳,影响航空飞行器的飞行安全和使用寿命这一问题,研究了某型航空发动机喷嘴零部件上结焦积碳的生成情况.采用扫描电镜(SEM,Scanning Electron Microscope)、透射电镜(TEM,Transmission Electron Microscopy)、能谱仪(EDS,Energy Disperse Spectroscopy)以及X射线衍射技术(XRD,X-rayDiffraction)对结焦积碳的微观形态和性质进行了分析.结果表明:喷嘴零部件上生成的结焦积碳主要有两种形态:一种是丝状焦,另一种是颗粒状焦.其中,丝状焦只出现在零部件表面较光滑的位置,包括短纤维丝状焦和不定形丝状焦,是由金属催化作用所形成的;其形成与喷嘴零部件的结构、材质及表面粗糙度有关.颗粒状焦则主要集中在活塞表面,包括颗粒团聚状焦和颗粒分散状焦,是由催化作用与燃料热裂解共同作用所形成的.

一种新的航空发动机气路监测方法

分析了气路中颗粒物的产生以及颗粒荷电的机理、气路静电监测方法的原理,并通过模拟实验对该方法进行了初步的研究。实验监测信号表明,气路中异常颗粒产生的感应信号幅值随着粒径的增加而增加,通过小波分析的方法将信号进行分解到不同的频段并获得相应的能量分布。结果表明异常颗粒产生的信号的能量分布集中在低频部分,为判断异常颗粒提供了依据。实验结果表明了基于颗粒静电监测方法能够有效地监测到异常颗粒,证明了该方法的可行性。

航空发动机多路模糊切换控制系统设计

针对航空发动机在不同控制通路切换过程中出现的转速等参数发生大幅度跳变以及系统不稳定的问题,提出了一种模糊切换控制方法,设计了基于不同结构控制通路的模糊切换控制器,基于无源性概念对航空发动机多路模糊切换控制系统进行了稳定性分析,得到了多路模糊切换控制系统稳定的充分条件。航空发动机模糊切换系统与直接切换系统仿真结果表明了航空发动机多路模糊切换控制方法的有效性。

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。

航空发动机高温测试技术的研究进展

温度测试对于航空发动机设计与研制有极其重要的意义。航空发动机高温测试技术主要应用于热端部件高温燃气与壁面温度的测量,对于发动机燃气涡轮设计和了解燃烧室中的燃烧过程具有重要意义。主要介绍了热电偶测温、示温漆测温、红外光谱测温、晶体测温、蓝宝石光纤测温、超声波测温等目前航空发动机高温测试的方法及特点,对航空发动机高温测量方法的应用现状进行了分析,并对航空发动机高温测试技术的发展趋势进行了预测。

航空发动机气路碎屑静电监测传感器设计与试验

设计了一种航空发动机气路碎屑静电监测传感器。在阐述碎屑颗粒荷电机理的基础上,对该传感器感应原理进行了研究,然后在静电感应原理的基础上进行了棒状静电传感器和环状静电传感器的结构设计,为防止绝缘套管的过压崩坏,对探极与套管之间的间隙配合进行了详细计算,最后利用实验验证了所设计的静电传感器的有效性,实验结果表明:环状静电传感器可以得到比棒状静电传感器更高的检测信号输出信噪比。

航空器巡航状态下污染物排放量的计算

航空运输所带来的污染物排放问题日益引起国际社会的关注,加强航空运输业的节能减排首要问题是建立科学的污染物排放标准。通过对航空器巡航飞行中运动状态的研究,给出了长程巡航速度的计算方法,并根据国际民航组织提供的污染物排放系数,推导出巡航阶段最低的污染物排放量计算公式。通过实际算例,对比分析了不同运行方式下污染物排放量的差异,证明长航程巡航方式下的排放量最少,可以作为衡量航班飞行中节能减排效果的基准。

一种贫油燃烧室进口温度和压力对污染物排放影响的试验研究

以一种中心分级的贫油预混预蒸发单头部燃烧室为研究对象,通过模拟不同燃烧室进口温度和压力,研究其对污染物排放的影响。结果表明,燃烧室进口温度和压力升高对CO、UHC的生成影响相对较小,但对NOx的生成影响很大。通过对排放数据的最佳拟合,得到了NOx发散指数与进口温度和压力之间的预估关系式,并利用已有的单头部燃烧室返场与巡航状态及三头部扇形燃烧室爬升与起飞状态的NOx排放试验数据,对其进行了验证。

基于独立分量分析的航空发动机气路静电信号处理方法

研究了基于独立分量分析的航空发动机气路静电监测信号处理方法,针对该方法在使用过程中存在的欠定问题,采用了中值滤波进行预处理,基于经验模态分解的方法构建了参考噪声,进而对信号进行降噪处理。提出了采用信号在低频段和高频段的能量比作为静电监测信号的信噪比,并以改善信噪比作为降噪效果的评价准则,对几种常用的降噪方法和本文的方法进行了对比实验,模拟信号和实测信号的降噪处理的结果表明了该方法的可行性和有效性。

航空发动机气路静电传感器优化设计与安装

航空发动机气路静电传感器的结构参数直接影响着传感器的性能。采用有限元的方法,分析了传感器的结构参数对静电传感器特性的影响规律。分析结果表明:增加传感器的感应探极,传感器的灵敏度有所提高,灵敏度分布空间也增大;随着绝缘材料的介电常数增加,灵敏度值有所增加;而绝缘材料厚度的增加将会导致灵敏度下降,且随着轴向位置增加,绝缘层厚度对灵敏度值的影响逐渐减小。对于给定结构参数的传感器,采用数据拟合的方法,获得传感器的灵敏度分布函数,基于拟合系数的变化特点来确定传感器的安装布局;最后通过模拟实验对本文的方法进行了有效性验证。

民机PHM预测维修模式在空调系统的应用

针对故障预测与健康管理(Prognostic and health management,PHM)技术在民机维修工程中的应用问题,探讨了基于PHM的预测维修模式设计,提出了考虑PHM的初始维修任务分析流程以及基于PHM的预测维修模式实施方法。以B737NG空调系统为例开展验证研究,建立了基于数据驱动的空调系统PHM模型,设计了空调系统PHM维修模式,并基于历史运行数据开展了计划维修模式与预测维修模式下维修成本对比分析。研究结果表明:基于PHM的维修模式不仅可以取消部分定期检查工作,还可以通过提前监测减少非计划的维修事件,进而降低民机系统全寿命周期维修成本。成本效益分析表明:相比传统计划维修,PHM维修可降低40%以上的成本,进一步推广应用到整机其他系统将带来更大的经济效益和安全效益。

气路静电监测技术在涡喷发动机试车中的应用

将气路静电监测技术应用于涡喷发动机状态监控。在利用静电电压信号计算电荷信号的过程中,利用最小二乘法解决了电荷信号存在漂移趋势的问题。分析了试车过程中电荷信号及其特征参数,表明航空发动机燃烧室积碳故障能够引起静电信号特征参数出现异常变化。结合模糊数学理论并借鉴民航发动机故障图方法,建立了某型涡喷发动机试车过程中的分解决策模型,采用实际数据验证了该模型能在一定程度上解决试车过程中发动机存在的过分解和欠分解的工程实际问题。

火焰稳定器对直喷式燃烧室污染物生成影响的研究

研究了不同火焰稳定器对直接喷射式燃烧室燃烧和污染物排放的影响.实验中所用的火焰稳定器为30°、45°和60°旋流角的旋流器和三种开孔率不同的多孔板.采用Testo360燃气测试仪测量不同工况条件下相应的燃烧室出口温度,以及NOx和CO生成量.通过对采用不同火焰稳定器燃烧室所得到的燃烧与排放性能的分析比较,得到了多孔板的开孔率和旋流器的旋流角度对污染物排放的影响结果.

值班甲烷/空气射流火焰的小火焰模型模拟

将小火焰模型和假定的PDF方法相结合,模拟甲烷湍流射流扩散火焰,稳态火焰面结构由层流小火焰数据库得到,采用详细化学反应机理描述甲烷的氧化和NO以及碳烟的生成,数值模拟结果和实验数据吻合较好,说明小火焰模型可以较准确地计算出扩散湍流火焰中的燃烧过程。

基于RESID方法的液体火箭发动机实时故障诊断算法设计及半实物仿真验证

针对氢氧发动机设计了实时故障诊断算法并通过半实物仿真平台对此进行了仿真分析,为建立液体火箭发动机健康管理系统奠定了坚实基础;首先,构建了大推力氢氧发动机常见故障模型,由此可获得典型故障数据;其次,设计并构建了RESID模型,介绍了RESID在故障诊断中的应用及诊断流程,最后,采用RESID算法设计了氢氧发动机实时故障诊断系统,并开展了半实物仿真分析,由仿真结果可见该算法及时有效的诊断出故障,并结合工程实际情况进行了报警,满足了发动机对故障诊断系统的需要。