基于静电传感的航空发动机气路监测

针对航空发动机气路部件需要实时在线监测的要求,提出了基于静电感应的状态监测方法。分析了气路颗粒的荷电机理和静电传感器原理,用静电传感器对气路中出现异常碳烟颗粒和金属颗粒的情况进行了模拟监测。结果表明,静电传感器能有效监测到异常碳烟颗粒和金属颗粒引起的气路静电荷水平变化,验证了该传感器用于气路状态监测的有效性,为进一步研究机载化发动机气路静电监测提供了依据。

基于静电互相关灵敏度加权的气路碎片监测

由于静电传感器阵列(ESA)安装位置及电极数目受到工作环境限制,导致航空发动机故障预测与健康管理(PHM)系统的线性独立测量信息数较少。针对此问题,提出了一种基于静电互相关(CC)灵敏度加权的气路碎片监测方法,在同一电极数目的条件下利用互相关聚焦原理有效增加了能够表征不同敏感区域的测量信息。在此基础上设计了8电极ESA,建立了不同电极对的互相关灵敏度分布,并以获取的16个相关速度值对其进行加权计算,计算结果反映了带电碎片的速度和位置信息。带式静电实验装置和颗粒落体实验装置的实验结果验证了所提方法的有效性,对单颗粒与多颗粒的监测结果和实际分布的平均相关系数分别达到了0.668与0.652,提高了PHM系统的监测信息量和稳定性。

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。

航空发动机静电传感器前置放大器设计

分析了静电监测传感器的原理和信号特点,设计了一种适用于发动机气路静电监测的传感器信号前置放大器,此放大器具有高输入阻抗、低输出阻抗、低噪声、高共模抑制比等特点,并给出了该放大器的电路分析与设计要点。发动机气路模拟实验表明:该放大器可以对微弱信号进行无失真放大,有效地实现对气路静电监测信号的调理,为后续的信号采集和处理奠定了基础。