[發(fā)明專利]一種航空發(fā)動機扭矩監(jiān)測方法及裝置

在審

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• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112326081A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種航空發(fā)動機扭矩監(jiān)測方法，利用設置于航空發(fā)動機輸出軸表面的光纖光柵傳感器陣列對航空發(fā)動機扭矩進行實時監(jiān)測；所述陣列包括至少一個傳感器組，每一個傳感器組由沿航空發(fā)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(jiān)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，則進行彎矩和扭矩的解耦。本發(fā)明還公開了一種航空發(fā)動機扭矩監(jiān)測裝置。本發(fā)明判定是否存在彎矩干擾并實現彎扭解耦，從而快速準確的獲得扭矩及彎矩信息。

技術領域

本發(fā)明涉及機械設備健康監(jiān)測領域，具體涉及一種航空發(fā)動機扭矩監(jiān)測方法。

背景技術

目前國內外航空發(fā)動機扭矩監(jiān)測方式主要有相位差式，電阻應變式，光電式，鋼弦式，磁致伸縮式，液壓式等。其中應用最多的為相位差式，其優(yōu)點是傳感器和軸齒間隙變化不敏感。但其只能安裝在發(fā)動機主軸的一端，因此只能實現單點測量，無法滿足發(fā)動機整體扭矩傳遞過程的監(jiān)測，而其他幾類扭矩傳感器多受電磁干擾及機械結構制約。

光纖光柵傳感器可以實現對溫度、應變等物理量的直接測量，因其良好的抗干擾能力和體積小的優(yōu)勢，目前已被廣泛應用于軸系的扭矩測量。但現有的光纖光柵扭矩傳感器布設方式很少考慮到軸系彎矩的影響，多采用單個光纖光柵傳感器或互成90度的兩個傳感器進行扭矩測量，類似布設方式在存在彎矩時測量值將受到嚴重的誤差影響。現有的一種彎扭分離傳感器布設方式及算法[Li T,Shi C,Tan Y,Fiber Bragg Grating Sensing-Based Online Torque Detection on Coupled Bending and Torsional Vibration ofRotating Shaft]，將兩個光纖光柵傳感器與轉軸母線成45度相對布設于軸表面，通過差分的方式消除軸自重帶來的彎矩干擾。但發(fā)動機實際運行過程中的彎曲方向未知，因此該方法無法準確消除彎矩干擾。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題在于克服現有基于光纖光柵傳感器的扭矩監(jiān)測技術所存在的不足，提供一種能夠準確消除發(fā)動機運轉過程中彎矩干擾的航空發(fā)動機扭矩監(jiān)測方法。

本發(fā)明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：

一種航空發(fā)動機扭矩監(jiān)測方法，利用設置于航空發(fā)動機輸出軸表面的光纖光柵傳感器陣列對航空發(fā)動機扭矩進行實時監(jiān)測；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(fā)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(jiān)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。

優(yōu)選地，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(fā)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：