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。     

航空发动机叶尖径向间隙静电监测方法

提出航空发动机叶尖径向间隙静电监测方法,分别对叶尖荷电在点电荷与电荷分布条件下的静电感应过程建立数学模型,得到感应电荷量与叶尖径向间隙值、叶尖周向位置及叶尖电荷分布的关系。设计并搭建叶尖径向间隙静电监测模拟实验台,提取时域特征参数并分析叶尖径向间隙值及叶尖局部曲率对静电水平的影响。数学模型计算结果表明:①感应电荷量与叶尖径向间隙及叶尖相对传感器的径向位置绝对值呈负相关;②感应电荷量与叶尖所带电荷量呈正相关,且与电荷密度分布有关;③感应电荷量与叶尖尺寸及传感器尺寸有关。实验结果表明静电信号方均根值和整流平均值与叶间径向间隙值呈负相关,与叶尖局部曲率呈正相关,其结果与理论模型相符。      

滑油系统全流量在线磨粒静电监测技术研究

 针对滑油系统非金属材料难以实现在线监测的问题,基于静电感应原理展开全流量磨粒监测技术研究。研究润滑条件下荷电磨粒的产生机理和全流量磨粒静电监测原理,着重进行了静电信号特征提取方法研究。为验证磨粒静电监测技术的可行性,设计并搭建了模拟实验平台,开展了故障颗粒注入实验和循环润滑条件下销盘滑动摩擦磨损实验,使用自制的全流量在线磨粒静电传感器对油路中的磨粒进行监测。结果表明:静电传感器能够监测到金属、非金属等不同材料荷电磨粒;感应电压幅值与磨粒大小具有相关性;感应电压波形与荷电磨粒特性有关;静电传感器可以在线监测滑油回路中非金属摩擦副的摩擦磨损状态。     

民用飞机发动机监测方法研究

对民用飞机发动机状态监测和故障诊断方法进行了研究,提出了一种能够实时反映零件故障信息的油液在线静电监测方法,设计并搭建了一套静电监测系统及实验平台,开展了循环润滑条件下销盘滑动摩擦磨损实验,使用自制的油液静电传感器对油路中磨粒进行监测。实验结果表明油液静电传感器能够监测到金属材料荷电颗粒,感应电压幅值与磨粒大小具有相关性,感应电压波形与磨粒荷电特性有关,验证了静电传感器在线监测的有效性,为判断故障提供了进一步的依据。     

民用飞机发动机监测方法研究

对民用飞机发动机状态监测和故障诊断方法进行了研究,提出了一种能够实时反映零件故障信息的油液在线静电监测方法,设计并搭建了一套静电监测系统及实验平台,开展了循环润滑条件下销盘滑动摩擦磨损实验,使用自制的油液静电传感器对油路中磨粒进行监测。实验结果表明油液静电传感器能够监测到金属材料荷电颗粒,感应电压幅值与磨粒大小具有相关性,感应电压波形与磨粒荷电特性有关,验证了静电传感器在线监测的有效性,为判断故障提供了进一步的依据。     

航空发动机气路颗粒静电监测技术模拟实验

探讨了航空发动机气路颗粒静电监测技术的工作原理和技术特点。为进行该技术的可行性研究搭建了模拟实验台,利用电晕模拟了气路故障发生时尾气中不同大小的带电颗粒,使用自制的探针式静电传感器对运动带电颗粒进行监测,信号调理器将感应电荷放大并转换为对应的电压,结果显示：①静电传感器能够监测到运动带电颗粒;②感应电压幅值与颗粒大小有关;③感应电压波形与颗粒性质有关;④大量小颗粒和单个大颗粒混合物的感应电压表现出两者各自的特征。     

滑油系统全流量磨粒在线监测静电传感技术研究

在滑油系统全流量磨粒在线静电监测中,针对缺乏与实际物理模型相一致的数学模型以及深入地分析,建立了较准确的数学模型.对信号采集电路的分析表明:带不同极性电荷的磨粒经过静电感应区域时输出的感应电压变化不同,从而确定带电磨粒的极性.同时,引入空间灵敏度概念,对带电磨粒的位置、传感器的轴向长度与径向半径3个影响因素分别进行了研究,所得空间灵敏度曲线彼此印证,进而说明了所建数学模型的准确性.为了证实所建立的数学模型与实际的滑油系统全流量磨粒在线监测数据的一致性,设计了仿真监测试验平台,试验结果表明,虽然监测到的静电感应信号夹杂着噪声,但与理论分析的理想电压输出相似,并且可以判断磨粒所带电荷的极性.     

碰摩故障静电监测方法及模拟实验

针对航空发动机叶片碰摩故障难以实现在线监测的问题,展开基于静电感应原理的碰摩故障监测新方法研究。分析了碰摩颗粒产生与荷电机理,以静电传感器理论和点电荷感应信号特征为依据,建立了周期碰摩静电感应理论模型。研究结果表明:周期碰摩在静电传感器上的输出是一系列以碰摩频率为间隔的随频率增大幅值迅速衰减的周期离散谱线。为了验证模型的正确性,利用自行研制的静电传感器,采用模拟碰摩的方式进行了两组实验。第1组实验结果表明传感器可以监测到模拟碰摩故障产生的带电颗粒,碰摩阶段的信号活动率水平明显增大,但事件率没有出现明显的变化;第2组实验在信号频域出现了非常明显的特征频率及其二倍频,且二倍幅值频随频率增大迅速衰减,证明了模型的有效性。     

润滑油路静电传感器动态特性仿真与试验

针对航空发动机润滑油路磨粒在线监测的静电传感器缺少特性参数与验证方法的问题，根据静电感应基本原理和传感器结构，提出相应的特性参数指标，利用环状探极感应模型进行仿真，并设计和搭建了静电传感器试验系统平台，通过试验对润滑油路静电传感器动态特性进行分析与验证。结果表明:所提特性参数指标可有效反映静电传感器的动态特性；长径比是环状润滑油路静电传感器的重要结构参数，传感器效率随长径比的增大而增大；传感器有效视场也随探极尺寸的增大而增大；所建平台可适用于实物静电传感器动态特性的分析与试验，且具有良好的可重复性。仿真和试验结果对润滑油路静电传感器的设计与应用具有重要的指导意义。      

基于混合神经网络模型的磨粒电荷检测方法研究

由于传统的滑油磨粒在线监测方法无法获取电荷分布位置信息,难以准确测量荷电颗粒数目及其携带的电荷量。为此,本文提出一种基于静电层析成像（Electrostatic tomography,EST）技术和深度学习算法的荷电颗粒检测方法。对EST传感器测量数据采用BP神经网络算法重建出测量截面上电荷的分布图像,采用卷积神经网络（Convolutional neural networks,CNN）算法分析重建图像以识别荷电颗粒数目,将识别的颗粒数目和传感器测量数据组合成输入向量,通过1个多层前馈网络确定带电颗粒数目、感应电荷值与颗粒电荷量值之间的映射关系,得到准确的各颗粒的电荷量值。实验结果表明：混合神经网络模型对数据样本的测量误差为9%,可满足滑油监测对于准确性的要求。     

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。     

传感器新技术

1　传感器与非电量电测技术在大量的科学研究或生产过程中 ,需要测量各种物理量和化学量 ,例如 :位移、速度、加速度、压力、温度、流量等等。为了精确测量各种非电量 ,常需要采用电测技术。就是说把这些非电量应用电子测量装置 ,采用电测方法来检测。而在非电量的电测技术中首先遇到的就是将各种非电量转换为电量。人们把能够完成被测的非电量转化为与之有确定对应关系的电量输出的装置称为传感器。传感器通常也叫换能器或探测器。传感器输出的信号有不同形式 ,如电压、电流、频率、脉冲等 ,以满足信息的传输、处理、记录、显示和控制等要…     

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%.      

基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法的IPMSM无传感器控制

为了实现永磁同步电机低速段的高精度无传感器运行,系统地分析了绕组电阻和感应电动势、电流调节器、滤波器、电机暂态运行、注入高频电压的幅值与频率、多凸极效应、电流传感器精度以及A/D采样量化误差等因素对基于旋转高频电压注入法的低速无传感器控制方法转子位置估计精度的影响机理。在此基础上,提出了一种基于基波电流观测器和旋转高频电压注入法相结合的低速无传感器控制策略,消除了传统的无传感器控制方法中带通滤波器引起的转子位置估计误差,并降低了电机暂态运行引起的转子位置估计误差,有效地提高了低速无传感器控制方法的转子位置估计精度。仿真和实验结果表明,所提出的低速无传感器控制策略具有更高的转子位置估计精度和更宽的调速范围。     

基于正交试验法的FEEP聚焦电极阵列设计策略

为消除场致发射电推力器（Field emission electric propulsion,FEEP）羽流发散角度过大给推进器寿命和可靠性带来的不利影响,研究了聚焦电极阵列空间位置对羽流聚焦效果的影响,并通过正交试验法给出了最优电极分布。通过数值仿真对FEEP的离子运动过程建模,采用正交试验方法电极阵列进行研究,关注其在不同空间位置下的聚焦效果,得到了离子出射半角分布和推力大小。结果表明,聚焦极的位置决定了羽流的聚焦效果,其次是提取极和加速极;聚焦极径向距离发射极1600μm,且提取极径向和轴向坐标为（800μm,500μm）时能得到最优的聚焦效果。本文验证了正交试验方法在聚焦电极阵列设计上的可行性,同时还为聚焦电极阵列设计提供了有效的分析方法和设计策略。     

航空发动机砂尘吸入物静电监测仿真实验

提出了航空发动机砂尘吸入物静电监测的仿真实验方法,实验以软件ANSYS电磁场分析模块建立有限元模型为基础,模拟不同粒径、荷质比、运动速度及质量浓度情况下砂尘吸入物的静电感应信号,并分别从时域与频域对感应电荷与电压信号进行分析,研究砂尘吸入物的粒径及其他宏观参数与静电监测信号之间的关系,建立用以表征砂尘颗粒粒径大小的特征指标。基于IDMS(进气监测系统)感应电压信号功率谱密度分布建立了特征向量,并以其曼哈顿距离与欧氏距离作为特征指标表征砂尘颗粒粒径大小。经仿真实验验证:特征指标与砂尘粒径呈正相关,且不受砂尘吸入物运动速度及荷质比变化的影响,但受砂尘吸入物质量浓度影响。进一步研究将利用质量浓度对特征指标进行修正,并开展验证实验。      

轴承钢摩擦副全流量在线磨粒静电监测方法

为满足滑油系统零部件衰退早期症兆监测要求,采用自制的全流量在线磨粒静电传感器对润滑条件下轴承钢滑动摩擦副开展实时在线磨损状态监测研究.研究了润滑条件下金属磨粒荷电机理和设计了静电监测系统,开展了不同载荷和滑动速度时的磨损实验,对摩擦系数、静电感应信号、静电信号均方根值(RMS)进行相关性分析.研究结果显示:①全流量在线磨粒静电监测方法与摩擦系数均能监测到粘着的发生,具有一致性;②静电监测方法在粘着发生前监测到异常;③在稳定磨损阶段,摩擦系数随载荷的增大而减小,随滑动速度的升高而降低;④在剧烈磨损阶段,静电信号中脉冲尖峰的RMS值随载荷增加时先增加后减小,随滑动速度的升高而减小.      

EDM电磁信号法放电位置检测中传感器系统的设计

针对在电火花加工放电位置检测仪中传感器系统设计方面存在霍尔传感器输出的原始信号幅值微弱的问题,采用将霍尔传感器嵌入在长方体铁氧体材料中组成传感器系统的方法,使原始微弱信号幅值增大了1000倍。     

同极型结构和零偏置电流控制对磁悬浮轴承损耗影响的试验分析

设计了性能参数相同的同极型和异极型径向磁悬浮轴承并应用于磁悬浮轴承转子试验系统,同时在轴向自由度分别采用有偏置和零偏置电流控制方式,通过试验系统的自由降速试验分析了不同径向磁悬浮轴承结构和轴向电流控制方式对支承损耗的影响.结果表明,同时采用径向同极型结构和轴向零偏置电流控制方式能有效减少磁悬浮轴承的能量损失,对提高伞电...     

带凸肩风扇叶片振动特性及设计方法研究

针对涡扇发动机带凸肩风扇叶片,考虑凸肩接触带来的刚度和阻尼的非线性影响,采用Newton-Rapson迭代与多次谐波平衡相结合的方法,研究了结构设计参数对约束模态和振动响应的影响。研究结果表明:凸肩位置是影响叶片整体刚性和共振频率的关键参数,凸肩径向相对位置设计在55%~75%为宜,有利于提高叶片刚度和降低振动变形;轴向位置应靠近叶型质心,以提高凸肩的接触刚度和叶片一阶共振频率;啮合角和初始过盈量主要影响共振应力,而对共振频率影响很小。在此基础上,建立了带凸肩叶片的减振设计流程,首先通过优化凸肩径向位置提高叶片整体刚度,其次通过优化凸肩轴向位置提高低阶模态共振裕度,最后通过优化啮合角和初始过盈量抑制振动应力幅值。