[发明专利]基于静电监测的转子-静子碰摩及吞砂故障模拟实验台

说明书

本发明公开了一种基于静电监测的转子‑静子碰摩及吞砂故障模拟实验台，属于航空发动机状态监测及故障诊断领域。其搭建成本低廉，安全可控且易于操作，将静电传感器与压力监测、温度监测等监测技术相结合，进而基于信号处理的时频域分析方法分析故障起电机理并寻找不同故障类型的信号特征，有助于推进航空发动机静电监测技术的机载化应用进程。包括转子‑静子碰摩颗粒物发生装置、吞砂颗粒物注入装置、多源状态监测系统、气流管路以及风源。本发明利用高速旋转的砂轮和固定金属板之间的切削作用模拟转子‑静子碰摩，属于接触面碰摩方式，比传统的拧紧螺钉这类的点状碰摩形式更为接近和符合航空发动机气路中碰摩故障的真实情况。

技术领域

本发明涉及一种基于静电监测的转子-静子碰摩及吞砂故障模拟实验台，属于航空发动机状态监测及故障诊断领域。

背景技术

航空发动机和辅助动力装置等飞机动力装置的安全性至关重要，维护成本高。作为飞机的“心脏”，预测与健康管理（PHM）的实施对航空发动机的安全具有重要意义。

 一个有效的 PHM 系统有望提供早期检测和隔离组件或子元件的先兆和/或初期故障；具有监控和预测故障进展的手段；并帮助制定或自主触发维护计划和资产管理决策或行动。监测技术是PHM的基础，但传统的振动监测和温度监测对早期故障不敏感。与传统监测技术相比，静电监测可以直接监测航空发动机部件的故障产物，具有早期预警能力，已成为近年来的研究热点。 英国的Powrie 在演示发动机进行了一系列详细测试，并验证了静电传感器监测故障的可行性。由于静电监测的优势，其已被应用于F-35联合攻击战斗机。

然而，由于试验发动机在大多数情况下是在正常工况下运行，因此在实际航空发动机试验中很难遇到各种典型故障。因此，需要在实验室模拟典型故障，基于航空发动机静电传感器的静电信号进行感应特性分析。尽管刘鹏鹏等人搭建了基于静电监测的碰摩故障模拟实验台，但是其缺乏多源监测信息的辅助，导致其所搭建的实验台无法深入分析碰摩故障的起电机理。航空发动机在运行过程中，可能会遇到硬着陆等特殊的飞行情况，可能引起机壳变形或发动机的旋转轴朝机壳径向移动。这些所谓的尖端碰摩事件会导致叶片尖端和外壳之间的非常严重的相互作用，例如导致磨损。塑性变形、叶片尖端微观结构的变化、裂纹萌生以及摩擦区衬里材料的破裂。这会直接导致性能或可操作性下降。这种碰摩事件会产生大量的带电粒子。引入静电监测对碰摩故障进行监测有助于提高航空发动机的可靠性和安全性。不仅如此，航空发动机在沙漠地区工作时可能会吸入大量沙粒。摄入大量沙粒很可能导致碰摩事件和性能下降。因此，吞砂试验是航空发动机适航审定的必要环节。

在这些背景下，需要设计建立一个新的试验台来模拟转子-定子相互作用的碰摩故障和吞砂故障。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种基于静电监测的转子-静子碰摩及吞砂故障模拟实验台，其搭建成本低廉，安全可控且易于操作，将静电传感器与压力监测、温度监测等监测技术相结合，进而基于信号处理的时频域分析方法分析故障起电机理并寻找不同故障类型的信号特征，有助于推进航空发动机静电监测技术的机载化应用进程。

本发明的技术方案为：所述模拟实验台包括转子-静子碰摩颗粒物发生装置、吞砂颗粒物注入装置、多源状态监测系统、气流管路以及风源；

所述转子-静子碰摩颗粒物发生装置通过碰摩作用产生大量带电颗粒物，所述气流管路的一端设在转子-静子碰摩颗粒物发生装置的一侧，并且另一端连接风源，通过风源在气流管路种产生负压，抽吸转子-静子碰摩颗粒物发生装置产生的带电颗粒物，所述吞砂颗粒物注入装置连接在气流管路上，通过吞砂颗粒物注入装置向气流管路中注入标准砂尘颗粒物，通过多源状态检测系统检测实验过程中带电颗粒物静电信号以及碰摩作用中实时变化的法向作用力、碰摩作用现场的温度。从而将静电传感器与压力监测、温度监测等监测技术相结合，进而基于信号处理的时频域分析方法分析故障起电机理并寻找不同故障类型的信号特征，有助于推进航空发动机静电监测技术的机载化应用进程。