[發明專利]航空發動機氣路故障靜電監測模擬實驗平臺及使用方法

有效

• 申請號: 201410182944.5
• 申請日: 2014-05-04
• 公開（公告）號: CN103954452B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 左洪福;殷逸冰;劉宸寧;蔡景;冒慧杰;李鑫
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明屬于航空發動機在線監測和視情維修領域，特別是一種航空發動機氣路故障靜電監測模擬實驗平臺。

背景技術

航空發動機是各類軍民用飛機的核心組成部分，其可靠性對于飛機的安全性能有著極其重要的影響，而發動機的氣路部件是保證發動機的正常工作的最基本和最為關鍵的部件。常見的發動機氣路部件故障有外來吸入物故障、故障燃燒室積碳故障、葉片-機匣碰摩故障、部件燒蝕掉塊故障等。外來吸入物故障實質包括發動機工作產生的高速氣流和周圍復雜環境常常使外來吸入物進入發動機，經過發動機進氣道進入發動機內部并撞擊發動機葉片，造成葉片的沖擊損傷；燃燒室積碳故障是指由于發動機燃燒室工作時，由于燃油燃燒不充分形成尾部碳煙或碳煙在噴嘴處積聚形成碳塊，使噴油質量較差并造成發動機燃燒室出口燃氣溫度不穩定，降低燃燒效率；葉片-機匣碰摩故障是指發動機的渦輪葉片與機匣之間的相互摩擦，引起葉片端部材料耗損和發動機異常振動的現象，降低發動機正常工作效率；部件燒蝕掉塊故障是指燃燒室出口燃氣溫度分布的不穩定,產生存在局部高溫氣流或火焰后移，致使后端氣路部件如渦輪葉片的燒蝕，燒蝕的掉塊常常引起后一級部件的打傷。

因此，對發動機的工作狀態進行在線監測和診斷具有重要意義。根據統計，在飛機飛行產生的故障中，由發動機引起的故障大約占總數的百分之六十左右，而氣路部件故障引起的發動機整體故障的占到總數的百分之九十左右。

可見，對發動機氣路部件的監測在發動機整機性能的狀態監測和故障診斷中占有重要的地位。以往的發動機故障診斷手段大部分屬于離線檢測和診斷方式，只有當發動機的故障到達一定程度時才可被檢測到，無法提取到故障初期的信息以提供預警。近年來航空發動機在線靜電監測技術得到較大發展，此項技術通過對發動機氣路通道中電荷水平的監測來實現對發動機氣路工作部件的實時監控，依據監測到的數據對發動機的工況和性能以及未來發展趨勢做進一步的分析和處理，從而提供發動機氣路部件故障早期預警信息，實現發動機工作狀態的在線監測和實時故障診斷。

基于氣路靜電信號的故障模式識別和特征參數提取處理，并在此基礎上形成的故障診斷經驗理論是靜電監測技術的關鍵，因此需要發動機不同故障模式下的大量靜電信號數據作為支撐，而獲得不同發動機故障模式下的數據的主要途徑是實驗驗證。氣路故障靜電監測模擬實驗臺為發動機故障模擬實驗的靜電數據采集提供相關實驗平臺，通過平臺自帶的故障模擬裝置對航空發動機的不同故障模式進行模擬實驗，為不同故障模式下靜電數據的采集提供了一種全新的硬件設備，是開展靜電研究工作的前端硬件基礎。

目前，國內單位鮮有專用于模擬發動機氣路部件故障的發動機試車臺，并且存在人為模擬發動機故障實驗經濟成本高，試車全壽命周期長導致難以及時捕捉到故障信息的難題。

發明內容

本發明要解決的問題是提供一種成本低、體積小、功能全的航空發動機氣路故障靜電監測模擬實驗平臺，該實驗平臺可以實現航空發動機以下幾種故障的模擬試驗：外來吸入物故障、部件燒蝕掉塊故障、故障燃燒室積碳故障、葉片-機匣碰摩故障。

本發明公開的一種航空發動機氣路故障靜電監測模擬實驗平臺，包括安裝平臺，在安裝平臺上安裝模擬氣路通道，所述模擬氣路通道包括依次連接的高壓風機、進氣道延長管、微型航空渦噴發動機和尾噴管延長管，在模擬氣路通道上安裝有故障產生裝置和靜電傳感器，靜電傳感器連接到靜電數據采集系統；所述故障產生裝置包括故障物模擬注入裝置、燃油注入裝置、葉片-機匣碰摩故障產生裝置之中的一個或多個；葉片-機匣碰摩故障產生裝置包括碰摩激振往復裝置和碰摩轉子及控制裝置；其中，故障物模擬注入裝置安裝在進氣道延長管或尾噴管延長管上， 燃油注入裝置安裝在尾噴管延長管上，碰摩激振往復裝置和碰摩轉子及控制裝置均安裝在尾噴管延長管上并且緊固于安裝平臺，葉片-機匣碰摩故障產生裝置還連接到碰摩力測試系統。

作為上述技術方案的進一步改進，所述靜電傳感器包括安裝在進氣道延長管上的環狀靜電傳感器和安裝在尾噴管延長管上的棒狀靜電傳感器。

作為上述技術方案的更進一步改進，所述故障物模擬注入裝置包括故障物存放管、故障物注入管和球形電磁閥，故障物存放管、球形電磁閥、故障物注入管依次相連成為一體，故障物注入管安裝在進氣道延長管上，與模擬氣路通道相通。

作為上述技術方案的再進一步改進，所述燃油注入裝置包括油瓶、 雙向油泵、電磁截止閥、噴射頭，油瓶、雙向油泵、電磁截止閥和噴射頭依次相連，噴射頭插入式安裝于尾噴管延長管上的安裝孔，與模擬氣路通道相通。