[发明专利]航空发动机滑油碎屑检测与分析一体化设计方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机滑油监测，尤其是涉及航空发动机滑油碎屑检测与分析一体化设计方法与装置。

背景技术

作为典型的复杂系统，航空发动机的结构极其复杂，且服役在高温、高速的恶劣环境下，不仅较易发生各种机械类故障，而且关键部件容易发生性能退化。因此，航空发动机的健康状况直接影响飞机的飞行安全和运营成本。为了提高发动机服役过程的安全性和可靠性，三大航空发动机制造商GE、罗罗和普惠都已经在发动机上开始逐步应用故障诊断预测与健康管理技术，逐渐从传统的定期维修向视情维修进行转化。根据发动机健康管理技术面向对象的不同，可将其具体划分为四个方向：面向气路、面向滑油系统、面向振动系统以及面向单元体寿命。

航空发动机滑油除了起到润滑和降温功能外，还作为发动机磨损或破坏产生的各种屑末的运输媒介。发动机在正常运行过程中会不断产生小于10μm的屑末，若屑末大于10μm时，则意味着可能产生异常情况，且随着发动机的继续运行，产生的碎屑粒子的种类、大小会不断增加，直至发动机失效为止([1]Srinidhi Murali,Xingao Xia,Ashish V.Jagtiani,Joan Carletta,Jiang Zhe.Capacitive Coulter counting:detection of metal wear particles in lubricant using a microfluidic device[J].Smart Materials and Structures,2009,18(3):037001)。另一方面，这些碎屑也会导致滑油的性能发生退化，失去润滑功能。因此，对滑油进行监测，不仅可有效地诊断发动机旋转部件的磨损状态，而且可预测滑油性能变化，为发动机性能变化、视情维护提供支持，防止发生突然的失效([2]Matthew Appleby,Fred K.Choy,Li Du,Jiang Zhe.Oil debris and viscosity monitoring using ultrasonic and capacitance/inductance measurements[J].Lubrication Science,2013,25(8):507-524)。

发动机健康监测系统的物理分布结构主要有：机载系统和地面子系统，这也决定了实现滑油监测的两种不同途径，在线滑油监测与离线滑油监测。

目前，航空发动机滑油监测领域最成熟的离线方法是铁谱分析法与光谱分析法，但铁谱分析仪与光谱分析仪造价昂贵，设备复杂，分析时间长；正在研制中的在线滑油监测方法有超声法、磁场法、电容法、共振法等，单独一种方法的应用都有其限制所在，将磁场法与电容法结合起来，可实现高检测精度、低成本、低干扰、结构简单、易于集成等优点。

在线滑油监测是以集成于发动机滑油系统上的传感器系统为基础，通过实时检测滑油中所含碎屑，判断发动机机械部件是否发生故障，是实现发动机健康管理的重要手段之一，有利于提高发动机运行的可靠性、安全性，降低维修成本。

发明内容

本发明的目的是提供不需要对航空发动机做任何变动，实现方式简单，成本低廉的航空发动机滑油碎屑检测与分析一体化设计方法与装置。

所述航空发动机滑油碎屑检测与分析一体化设计方法，包括以下步骤：

1)将碎屑检测传感器与磁场式碎屑吸附装置集成于航空发动机滑油系统中，受污染的滑油通过碎屑检测传感器进行碎屑检测，所述碎屑检测传感器实现数据采集；

2)将碎屑检测传感器采集的数据反馈到EEC(发动机电子控制系统)中，EEC控制吸附装置的工作，吸附滑油中含有的碎屑，并将碎屑沉积固定；

3)飞机停机检修时，取出吸附装置，分析吸附装置上的碎屑可判断发动机中机械部件是否有故障发生。

所述航空发动机滑油碎屑检测与分析一体化设计装置设有碎屑检测传感器和磁场式吸附装置，所述碎屑检测传感器采用圆柱型电容传感器，所述圆柱型电容传感器设有内芯和外芯，内芯和外芯由同轴法兰连接；所述磁场式吸附装置由同轴内壁、同轴外壁和外部电磁铁组成，同轴内壁和同轴外壁之间为活性连接；所述碎屑检测传感器和磁场式吸附装置通过螺栓连接直接集成于航空发动机滑油系统的管道中。