[發明專利]一種航空發動機扭矩監測方法及裝置

在審

• 申請號: 202011193497.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112326081A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 朱永凱;陳曉暉;李海斌;劉佳偉;周志成
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01L3/08
• 分類號: G01L3/08;G01M15/14
• 代理公司: 北京德崇智捷知識產權代理有限公司 11467
• 代理人: 楊楠

1.一種航空發動機扭矩監測方法，利用設置于航空發動機輸出軸表面的光纖光柵傳感器陣列對航空發動機扭矩進行實時監測；其特征在于，所述光纖光柵傳感器陣列包括至少一個傳感器組，每一個傳感器組由沿航空發動機輸出軸的周向等間隔設置的至少三個光纖光柵傳感器構成，每個光纖光柵傳感器的布設角度均大于0度且小于180度；在進行扭矩監測時，對于每一個傳感器組，首先依據其中各光纖光柵傳感器所測得應變量變化情況之間的最大差異度是否大于預設標準，來判斷該傳感器組所在處是否存在彎矩載荷，如是，則利用以下方法進行彎矩和扭矩的解耦：對光纖光柵傳感器測得的應變量進行泰勒級數展開，得到前兩項以及余項，第一項為彎曲引起的應變項，第二項為扭轉引起的應變項，結合三個光纖光柵傳感器的測量結果求得轉軸扭矩、曲率和彎曲方向。

2.如權利要求1所述航空發動機扭矩監測方法，其特征在于，具體通過對以下方程組中的任意三個方程進行聯立求解實現彎矩和扭矩的解耦，得到該傳感器組所在處航空發動機輸出軸的曲率k，彎曲方向與光纖光柵的夾角η，以及扭轉角θ：

其中，ε_f1,ε_f2,ε_f3,...,ε_fn依次為該傳感器組中第1至第n個光纖光柵傳感器測得的應變量，α₁,α₂,α₃,...,α_n依次為該傳感器組中第1至第n個光纖光柵傳感器的布設角度，β₁,β₂,β₃,...,β_n-1依次為該傳感器組中第2至第n個光纖光柵傳感器與第1個光纖光柵傳感器之間的夾角，n為該傳感器組中光纖光柵傳感器的總數，r為光纖光柵傳感器中心與航空發動機輸出軸中心線的距離，h為光纖光柵傳感器沿航空發動機輸出軸軸向的投影長度。

3.如權利要求1所述航空發動機扭矩監測方法，其特征在于，每個光纖光柵傳感器的布設角度均為45度或135度。

4.如權利要求1所述航空發動機扭矩監測方法，其特征在于，所述傳感器組的布設位置與軸系連接處相距至少10cm。

5.如權利要求1所述航空發動機扭矩監測方法，其特征在于，所述光纖光柵傳感器陣列中所有光纖光柵傳感器的中心波長各不相同，且所有光纖光柵傳感器依次串聯后接入同一套解調系統。

6.一種航空發動機扭矩監測裝置，利用設置于航空發動機輸出軸表面的光纖光柵傳感器陣列對航空發動機扭矩進行實時監測；其特征在于，所述光纖光柵傳感器陣列包括至少一個傳感器組，每一個傳感器組由沿航空發動機輸出軸的周向等間隔設置的至少三個光纖光柵傳感器構成，每個光纖光柵傳感器的布設角度均大于0度且小于180度；該裝置在進行扭矩監測時，對于每一個傳感器組，首先依據其中各光纖光柵傳感器所測得應變量變化情況之間的最大差異度是否大于預設標準，來判斷該傳感器組所在處是否存在彎矩載荷，如是，則利用以下方法進行彎矩和扭矩的解耦：對光纖光柵傳感器測得的應變量進行泰勒級數展開，得到前兩項以及余項，第一項為彎曲引起的應變項，第二項為扭轉引起的應變項，結合三個光纖光柵傳感器的測量結果求得轉軸扭矩、曲率和彎曲方向。