基于气路静电探测的航空发动机气路故障监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于气路静电探测的航空发动机故障监测系统，包括静电传感器和静电采集盒，其中：所述静电传感器用于航空发动机气路异常颗粒静电信号的采集，所述静电采集盒用于将静电传感器所采集到的静电信号转换为电信号。采用本发明专利技术的系统可监测出航空发动机异常静电并推测出常规发动机故障监测法不容易发现的气路早期故障，提高发动机工作安全性。

Aero engine gas path fault monitoring system based on electrostatic detection of gas path

The invention discloses an aero engine gas path fault monitoring system based on electrostatic detection, including electrostatic sensor and electrostatic collection box, wherein the electrostatic sensor for Aeroengine Gas Path electrostatic particle abnormal signal acquisition, the electrostatic collection box is used to convert the static electricity electrostatic signal sensors to collect signal. The system can monitor the abnormal static electricity of aero engine and predict the early fault of gas path which is not easy to be found by the conventional engine fault monitoring method, so as to improve the working safety of the engine.

【技术实现步骤摘要】
基于气路静电探测的航空发动机气路故障监测系统
本专利技术涉及一种航空发动机气路静电探测的早期故障监测系统。更具体来说，涉及一种专门探测航空发动机尾喷管中气体高温电离产生的颗粒静电探测系统，由于磨损故障产生的异常颗粒静电或者燃油燃烧不正常等原因将导致航空发动机气路荷电颗粒所携带的静电量超出正常范围，采用本系统可监测出航空发动机异常静电并推测出常规发动机故障监测法不容易发现的气路早期故障，提高发动机工作安全性。
技术介绍
现有的排气温度监测等航空发动机气路监测技术难于探测到气路部件的早期故障(如叶片涂层脱落、叶尖烧蚀掉块、燃烧室过烧、叶尖与机匣轻度磨损等)，因而机务人员不能及时采取防范措施防止故障恶化，因此迫切需要一项性能可靠、使用方便的发动机气路故障监测技术，在气路部件发生故障的早期就能及其发现故障隐患。采用航空发动机气路静电监测技术是解决这一问题的有效手端。这是由于在气路故障的早期，气路中会产生大量异常的细小颗粒。这些颗粒穿越电离的高温气体而携带一定的静电，致使故障状态下的气路静电信号超过正常值。基于上述技术原理，本装置可对航空发动机的故障状况做出更加及时、精确的监测，使机务人员可以在故障发生的更早时期及其发现故障隐患，并采取相应维护措施，将故障消除在萌芽状态。传统的航空发动机故障监测系统(排气温度监测系统、振动监测系统等)只有在发动机发生较严重故障时才能监测出故障，而此时发动机往往已经受到了较严重的损伤。本专利技术所采用的航空发动机气路静电探测系统则由于对气路(主要是尾喷管)中的尾气静电含量与气路故障(燃烧不正常导致的碳烟颗粒、叶尖与机匣碰磨导致的磨损颗粒)比较敏感，因而可以基于静电测量而监测航空发动机气路故障，实现燃烧不充分碳烟颗粒、周期碰磨和外来异物等故障的早期预警，确保发动机的工作安全。为航空发动机的气路部件的潜在故障提供更加及时、精确的监测手端，使机务人员可以在故障发生的早期及时发现故障隐患，将故障消除在萌芽状态。
技术实现思路
本专利技术的目的是：现有排气温度等技术不能有效检测出航空发动机气路的叶片涂层脱落、叶尖烧蚀掉块、燃烧室过烧和叶尖与机匣轻度磨损等早期故障，针对这一难题，本专利技术采用航空发动机气路荷电颗粒的静电监测技术，通过开发航空发动机气路静电传感器、设计高精度静电信号采集电路、采用故障诊断算法，开展基于模拟实验台的气路静电监测实验，建立故障诊断判据，最终实现航空发动机气路故障的早期预警，避免发动机事故。为实现本专利技术之目的，采用以下技术方案予以实现：一种基于气路静电探测的航空发动机故障监测系统，包括静电传感器和静电采集盒，其中：所述静电传感器用于航空发动机气路异常颗粒静电信号的采集，所述静电采集盒用于将静电传感器所采集到的静电信号转换为电信号。所述的航空发动机故障监测系统，其中：静电传感器包括传感器电极、绝缘介质、内部电路和接地外壳。所述的航空发动机故障监测系统，其中：电极为细长柱形，接地外壳由金属材料制成，所述外壳包裹电极尾部，在电极尾部与外壳之间填充有绝缘介质，信号输出连接件穿过外壳以及绝缘层与电极尾部相连，所述信号输出连接件由金属制成。所述的航空发动机故障监测系统，其中：电极材料为镍基高温合金，所述电极为细长柱形；所述接地外壳由铜或不锈钢制成；所述绝缘介质包括陶瓷绝缘材料；信号输出连接件由铜制成，形状为柱形。所述的航空发动机故障监测系统，其特征在于：信号输出连接件上设有螺纹，由螺纹连接导线将静电传导到静电采集盒电路。所述的航空发动机故障监测系统，其中：静电采集盒电路包括电源电路、前置信号放大及滤波电路、单片机控制电路、无线通信模块。所述的航空发动机故障监测系统，其特征在于：电源电路包括电源芯片，其将输入端引入的12V电源电压变换为+3.3V信号，并由输出端输出。所述的航空发动机故障监测系统，其中：电源芯片的输入端接电源，且同时连接电容C1、C2的第一端，C1、C2的第二端接地，电源芯片的两个输出端同时连接电容C3、C4的第一端，C1、C2的第二接地；所述两个输出端还与电阻R4的第一端连接，R4的第二端与电阻R7第一端连接，R7的第二端接地，R4的第二端和R7的第一端还与电源芯片的电压调节管脚ADJ连接，管脚ADJ与电解电容C9的正极端连接，C9的负极端接地；所述两个输出端还与电阻R1的第一端连接，电阻R1的第二端分别连接电容C5、C6的第一端，电容C5、C6的第二端接地；电阻R1的第一端引出的电压作为VDD电压输出；所述两个输出端还与电阻R5的第一端连接，电阻R5的第二端分别连接电容C10、C11的第一端，电容C10、C11的第二端接地；电阻R5的第一端引出3.3V电压。所述的航空发动机故障监测系统，其中：前置信号放大及滤波电路中，静电传感器的输出端接电阻R12的第一端，电阻R12的第二端接电容C12的第一端，电容C12的第二端接地，电阻R12和电容C12组成的一阶RC低通滤波电路；电阻R12的第二端接电阻R13的第一端，电阻R13的第二端接运算放大器U2的管脚3，电阻R13的第二端还连接电阻R17后接地；运算放大器的管脚4接地；运算放大器的管脚2连接电阻R8的第一端，电阻R8的第二端接地；U2的管脚1连接电阻R10的第一端，R10的第二端连接R8的第一端，管脚1作为OUTA引出端，用于输出一级放大信号OUTA；U2的管脚8电源，管脚7接电阻R11的第一端，R11的第二端接电阻R9的第一端，R9的第二端接地；管脚6接R9的第一端；管脚5接电阻R18的第一端、接电容C13的第一端、接电阻R15的第一端，R18第二端接地，C13第二端接地，R15第二端接电容C14第一端、接电阻R16的第一端，C14第二端接地，R16第二端接上述OUTA端，C14第二端与管脚7连接，且C14第二端引出OUTB。所述的航空发动机故障监测系统，其中：电阻R13，R17和电阻R8，R10组成平衡输入阻抗网络，对静电信号进行线性放大，放大后的信号由引脚1输出得到一级放大信号OUTA；OUTA再经过电阻R16，C14，R15，C13组成的二阶阻容滤波，输入集成运放的引脚5，进行二级放大。所述的航空发动机故障监测系统，其中：前置信号放大及滤波电路还包括低通滤波电路，该电路包括运算放大器U2A，其管脚2与电阻R3第一端和电阻R4第一端连接，电阻R3第二端接地，R4第二端与U2A输出端U_AD1连接；管脚3与电阻R2第一端和电容C2第一端连接，R2第二端连接电容C1第一端和电阻R1第一端，R1第二端与前置信号放大及滤波电路输出端连接，C1第二端与U2输出端连接，C2第二端接地，管脚1、4分别接负电压和正电压。所述的航空发动机故障监测系统，其中：所述系统还包括手持终端，用于接收静电采集盒传来的采集结果，对该结果进行处理。附图说明图1为基于气路静电探测的航空发动机故障监测系统示意图；图2为静电传感器结构示意图；图3为电源电路示意图；图4为前置信号放大及滤波电路示意图；图5为低通滤波电路示意图；图6为贝塞尔、切比雪夫和巴特沃斯三种特性输出曲线。具体实施方式如图1所示，本专利技术的基于气路静电探测的航空发动机故障监测系统包括：(1)静电传感器；(2)静电采集盒电路；(3)终端。如图2所示，静电传感器用于航空发动机气路异常颗粒静电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于气路静电探测的航空发动机故障监测系统，包括静电传感器和静电采集盒，其特征在于：所述静电传感器用于航空发动机气路异常颗粒静电信号的采集，所述静电采集盒用于将静电传感器所采集到的静电信号转换为电信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于气路静电探测的航空发动机故障监测系统，包括静电传感器和静电采集盒，其特征在于：所述静电传感器用于航空发动机气路异常颗粒静电信号的采集，所述静电采集盒用于将静电传感器所采集到的静电信号转换为电信号。2.根据权利要求1所述的航空发动机故障监测系统，其特征在于：静电传感器包括传感器电极、绝缘介质、内部电路和接地外壳。3.根据权利要求2所述的航空发动机故障监测系统，其特征在于：电极为细长柱形，接地外壳由金属材料制成，所述外壳包裹电极尾部，在电极尾部与外壳之间填充有绝缘介质，信号输出连接件穿过外壳以及绝缘层与电极尾部相连，所述信号输出连接件由金属制成。4.根据权利要求2所述的航空发...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓伟，王东锋，涂明武，温海涛，刘旭鹏，王华清，冯葆炜，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军第一航空学院，
类型：发明
国别省市：河南,41