涡轴发动机尾气静电监测信号影响因素分析

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaMar．252012V01．33No．3412-420ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．013文章编号：1000—6893(2012)03—0412-09涡轴发动机尾气静电监测信号影响因素分析孙见忠，左洪福*，詹志娟，刘鹏鹏南京航空航天大学民航学院，江苏南京210016摘要：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

2、析研究。研究发现发动机的T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凶素为燃油供给量，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

3、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。关键词：静电；监测；性能衰退；发动机健康管理；气路分析；涡轴发动机中图分类号：V231．25文献标识码：A航空发动机气路静电监测技术基于静电感应原理对气路带电颗粒进行监测，实现对气路部件的实时监控。相对于传统的气路静电监测与诊断方法的滞后性，如气路分析、振动监测等，需要在故障恶化到一定程度并引起部件几何参数变化时才能探测到故障的存在。气路静电监测是监测气路部件发生故障的直接产物，能够在故障发生的初期就提供预警信息，可以实现对气路部件故障，特别是碰磨、烧伤类故障的实时在线监测和

4、诊断。应用于航空发动机静电监测技术的研究起源于20世纪70年代的美国空军技术研究所，经过30多年的发展，该技术已应用在美国联合式战斗机F35上，增强了发动机的故障预测与健康管理能力。目前，此项技术已被美国列为军事技术并限制出口[1。]。目前国内关于该技术的研究刚刚起步，南京航空航天大学航空安全与保障技术研究所从2007年就开展了基于静电监测的航空发动机健康管理技术研究。前期进行了大量的基础技术研究，搭建了发动机气路环境模拟实验台，并初步进行了试车台架实验[5。7]。本文以某型航空涡轴发动机为监测对象，结合发动机台架试车状态和性能数据，对尾气静电监测信号

5、进行分析，得到了一些初步结论，为尾气静电信号基线的建立提供了初步依据。研究发现尾气静电信号，既取决与发动机自身的健康状况。又与发动机工作状态有关，因此在处理和分析静电监测信号时，需要同时考虑发动机工况参数。试车台实测数据分析结果表明，气路静电监测技术不仅能够为气路部件突发性故障提供预警信息，而且能够反映涡轴发动机收稿日期：2011—04—20；退修日期：2011．07．08；录用日期：2011-08—21；网络出版时间：2011—09—0611：24网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929V20110906．1124

6、．003．htmIDOI：CNKI：11．1929／V．20110906．1124．003基金项目：国家自然科学基金与中国民航联合资助基金重点项目(60939003)*通讯作者．Tel．：025-84893550E—mail：rms@nuaa．edu．cn鞘用撂武iSunJZ·ZuoHF．ZhanZJ·etal．Analysisoffadorsinfluencingtheexhaustgaselectrostaticmonitoringsignalsofaturbo-shaftengine．ActaAeronauticaetAstronauticaSi

7、nica，2012。33r勤；412-420．昴．见，搴，左洪插，詹怎婿，筝．掰轱发动祝层气舻鬯监测信号影响囡素分折j航空学报．2012．33(3)；412—420．孙见忠等：涡轴发动机尾气静电监测信号影响因素分析整机性能衰退，为发动机整机性能退化评估和预测提供了一种新的监测手段。1发动机气路静电监测技术1．1气路故障静电监测原理气路静电监测信号与发动机尾气中带电颗粒物有关。在带电颗粒随着尾气排出尾喷管的过程中，带电颗粒在静电传感器周围产生的静电场不断的发生波动，致使静电传感器探极上的感应电荷也在不断的波动，通过信号调理电路将电荷的变化转化为电压信号，

8、输入到数据采集设备，即为现场采集的尾气静电监测信号。正常情况下发动机尾气中的带电颗粒物主要为碳