基于小波-Hilbert的涡喷发动机静电监测技术研究

在某型涡喷发动机试车过程中首次开展了气路静电监测试验,获取了若干试车阶段静电信号。选用第102阶段(发动机处于健康状态)监测的静电信号进行时域特征分析,获取了发动机处于启动、巡航、停车3个典型工况下时域幅值以及活动率水平、正负事件率特征参数的变化情况,分析表明静电信号会随发动机工况变化而变化。为了进一步揭示静电信号特征,采用小波-Hilbert变换方法处理了第102阶段的静电信号,获取了其能量值、能量分布以及功率谱的特征。为了验证分析方法的有效性,也对第174阶段(该阶段发动机存在积碳故障)的静电信号进行了对比分析。     

涡轴发动机尾气静电监测信号影响因素分析

 针对某型航空涡轴发动机试车台实验所获得的尾气静电监测信号,结合发动机台架试车状态和性能数据,分别在两个时间尺度上展开分析研究。研究发现发动机的工作状态和健康状态均对尾气静电信号产生重要影响。在小时间尺度上的分析发现,无故障情况下影响尾气静电信号变化的主要因素为燃油供给量,尾气静电信号能量随燃油供给量的增加近似按指数规律上升;而在大时间尺度上的分析发现,在一定的燃油供给和恒定的自由涡轮转速条件下,尾气静电信号能量随着发动机性能的缓慢衰退而逐渐上升。实测尾气静电信号所反映的趋势与初步的理论分析结果相一致,为建立涡轴发动机尾气静电信号的健康"基线",进而用于气路状态监测及故障识别提供了初步的依据。研究还发现,静电监测技术不仅能够为突发性故障提供预警信息,而且能够反映发动机整机性能衰退,进一步拓展了静电传感器的监测能力及其在航空发动机健康管理中的应用。     

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%.      

小型涡喷发动机寿命试车中的在线监测研究

小型涡喷发动机主要应用于高速无人机,文中介绍了涡喷发动机试车台及其各个组成部分的基本情况。为了在试车过程中准确获取发动机全面的状态信息,组建了包含气路静电等在内的多种监测手段的在线综合监测系统。根据小型涡喷发动机寿命试车中的在线综合监测,获取了各种实时监测数据。利用该试车台和在线综合监测系统完成了一系列的小型涡喷发动机寿命试车试验,保证了小型涡喷发动机的成功研发。     

航空发动机尾气静电信号基线模型分析及应用

开展了基于尾气静电信号的航空发动机气路监控技术的应用研究,把尾气静电监测信号EGEMS作为一种新的气路状态参数并建立其基线模型,通过监控尾气静电信号RMS(root mean square)值的偏差值实现对气路部件的实时监控.首先从尾气静电监测的角度总结了尾气碳烟颗粒物的排放特性,分析了尾气静电信号的基线成分、主要影响因素及典型故障静电信号特征,在此基础上分别提出了基于燃油流量单参数的尾气静电信号基线模型(参数化模型)和基于多元状态估计技术的多参数基线模型(非参数化模型)挖掘技术.通过对某型涡轴发动机尾气静电信号的分析表明:所建立的基线模型能够准确反映发动机不同工况下的尾气静电信号的基本特征,有效地监测到气路的异常状态,验证了所提方法的可行性和有效性.      

某型航空涡轮轴发动机尾气静电监测探索性实验

 在某型航空涡轮轴发动机上进行了尾气静电监测探索性实验,成功地获得了尾气静电感应信号。根据实测的108 h有效数据,对信号的特征参数活动率水平(AL)、正事件率(PER)、负事件率(NER)和轴频分析(SOA)展开分析。研究结果表明：基于静电感应原理的发动机气路监测技术是可行的;发动机功率对特征参数有明显的影响。在一个完整试车循环中,随着功率的增大,AL参数呈现二次多项式变化规律;PER和NER参数呈现线性增长规律。随着试车阶段的推移,AL参数值在各个功率下均呈上升趋势,PER和NER参数没有明显的变化;水洗对发动机AL参数有明显的影响,但对PER和NER参数没有明显的影响。     

小型航空涡喷发动机在线综合监测方法研究

本文介绍了某小型航空涡喷发动机的基本情况,描述了使用的发动机试车台的基本情况,详细介绍了其各个组成部分。在某型航空涡喷发动机研制过程中,开展了对该发动机进行寿命试车的工作,为了准确地获取发动机的运行状态使用了包含振动、滑油温度、气路静电等监测手段的在线综合监测系统来采集发动机的状态数据。     

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。     

弹用涡喷发动机燃烧室出口温度场试验与分析

介绍了弹用涡喷发动机燃烧室部件试验，对试验结果进行了全面的分析，指出燃烧室模拟试验与发动机实际工况之间的差别，产生差别的原因以及试验修正的方法。通过试验数据的分析与处理给出了某弹用涡喷发动机燃烧室出口向温度分布、出口温度场和无因次温度场，分析结论可用于弹用涡喷发动机燃烧室出口温度场预测和涡轮导向器叶片热设计。     

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。     

弹用涡喷发动机性能监视与诊断系统软件研制

介绍了发动机性能监视与诊断系统的功能，并讲述了软件系统总体设计方案，给出了软件系统流程图，论述了气路参数分析法在某弹用涡喷发动机故障诊断中的具体运用，通过数值试验表明了诊断方法的有效性。     

“昆仑”发动机设计研制的基本经验

介绍了我国首次按GJB241-87"航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范"的要求,自行设计研制成功的"昆仑"加力式双转子涡轮喷气发动机的设计研制基本经验:认真贯彻"航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范",严格按规范的要求进行设计和试验;合理控制创新与继承的比例,既要保持先进性,又要降低风险性;把作战适用性、可靠性、耐久性、维修性与性能并重;设计中留有较大的温度裕度和喘振裕度;进行苛刻的、充分的试验是发动机可靠性的基础。      

弹用涡喷发动机的状态监控方法分析

针对弹用涡喷发动机使用和结构上的特点,对如何采用气路参数分析法、振动监测法、低循环疲劳监测法、温度监测与蠕变分析法以及磨损监测法等对弹用涡喷发动机进行状态监控的问题进行了分析。     

气路颗粒静电监测技术及实验

介绍了发动机气路荷电颗粒产生的机理、静电传感器原理以及气路静电监测技术的原理,然后介绍了模拟试验装置和试验过程,并通过实验的方法对静电监测技术进行了研究,最后通过小波分析的方法对实验信号的能量分布特征进行了研究,结果为大颗粒产生的感应信号的幅度要大而能量分布集中在低频段,而细小颗粒产生的感应信号幅值较小,信号能量分布集中在高频段,实验结果为在气路监测中辨别异常颗粒提供了参考依据,同时也表明了基于颗粒静电监测方法的可行性.      

考虑使用因素的涡扇发动机排气温度换算方法

针对某型涡扇发动机厂内排气温度换算值验收合格而外场地面检查实测值偶有不合格的问题,分析了只考虑大气温度单一因素的排气温度换算方法的缺陷。提出了一种综合考虑非标准大气和调节规律使用因素的换算方法,建立了数学模型,计算得到了非标准大气的修正系数和调节规律的修正系数,并经试车试验验证。结果表明:提出的考虑使用因素的换算方法符合发动机的实际使用条件,所获得的修正系数与试车试验数据的相对误差小于1.3%,有效解决了排气温度厂内验收合格而外场地面开车不合格的问题。      

基于超球体平方根无迹Kalman滤波算法的涡扇发动机气路部件故障诊断

研究了一种超球体平方根无迹Kalman滤波算法用来有效跟踪涡扇发动机气路部件发生渐变性和突变性故障的健康参数.该算法通过超球体单形采样来降低算法的计算量,采用测量残差协方差阵的平方根代替方差阵进行递推运算,提高了算法的计算效率和数值稳定性.分别采用扩展Kalman滤波算法、无迹Kalman滤波算法和超球体平方根无迹Kalman滤波算法对某型涡扇发动机进行仿真,结果表明:超球体平方根无迹Kalman滤波算法的滤波时间减少50%左右,能够实现渐变性和突变性故障中健康参数的准确估计,是一种有效的涡扇发动机气路部件参数估计和故障诊断方法.