[发明专利]一种航空发动机进气道砂尘吸入物静电监测实验台

说明书

本发明公开了一种航空发动机进气道砂尘吸入物静电监测实验台，包括风洞管道、螺旋式供砂装置、砂尘环境采样及采样砂尘质量与静电荷测量装置、静电信号采集与处理装置。本发明用于研究和验证航空发动机进气道中沙尘等带电颗粒物在静电传感器电极上引起的静电感应现象，利用静电传感器获取砂尘静电感应信号，通过对所采集到的静电信号分析，提取与砂尘粒径和质量浓度相关的静电信号特征参数，研究沙尘吸入物浓度、粒径尺寸与信号特征参数的关系，实现基于进气道静电监测信号的砂尘吸入物在线定量监测，包括砂尘浓度、吸入物总质量以及砂尘粒径特征信息等。

技术领域

本发明涉及一种航空发动机进气道砂尘吸入物静电监测实验台，属于航空发动机状态监控与视情维修技术领域。

背景技术

飞机在起飞、着陆、地面试车和飞行中，动力装置往往会吸入由风或飞机尾迹扬起的漂浮于空气中的砂粒或灰尘，这些砂尘吸入物不仅影响动力装置的性能，甚至影响其可靠性。研究证明，发动机吸入大量砂会造成压气机叶片严重的磨蚀，使发动机推力降低，耗油率升高。砂尘进入轴承封严、转动部件内壁等内部气路，会使发动机某些零部件磨损、破坏转子平衡，随冷却空气进入涡轮叶片容易堵塞冷却气孔，从而影响冷却效果导致叶片烧蚀。针对发动机砂尘吸入物的影响问题，欧美国家制定了砂尘环境和发动机吞沙实验等相关标准，并将吞砂试验列为新型发动机设计定型的考核项目，国内参考美军标也制定了国军标GJB2046-94、GJB150.12-86等规范和要求，对发动机及其附件提出了吞沙和砂尘环境实验要求。近年来欧美国家适航当局先后与相关的发动机厂商合作，开展了关于发动机吞沙、吞火山灰造成的影响实验探究，正在拟定相应的适航规章，以提高发动机抗砂尘、火山灰等外来物危害的能力。

砂尘吸入物对军民用发动机性能及可靠性的影响受到越来越多的重视，如何定量监测及评估实际运行环境下发动机砂尘吸入物及其影响是发动机健康监测技术领域的新课题。现有发动机状态监测系统不具备监测发动机砂尘等吸入物的能力，美军方提出了发动机砂尘吸入物机载监测传感器系统的需求并开展了相关研究，其中基于声发射原理的监测系统及基于静电感应原理的监测系统被认为最具有潜力，公开文献显示静电监测系统(包括进气监测系统和尾气监测系统)已应用在最新型号的发动机上。

静电监测法是一种非侵入式的监测方法，传感器具有结构简单、易于安装维护的优点，因此非常适合于航空发动机砂尘吸入物测量。国内主要研究静电传感器的传感机理，并对传感器的特性进行了初步研究，气路静电监测技术正由实验室理论和模拟实验研究走向发动机地面试车台实验研究，但还有一系列的关键技术有待突破。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种航空发动机进气道砂尘吸入物静电监测实验台，对砂尘被吸入进气道的运动过程及带电颗粒物在静电传感器电极上引起的静电感应现象进行研究，并利用特殊信号处理方法对所得到的静电信号分析，提取砂尘粒径和质量浓度相关的信号特征，为实现基于静电传感器的砂尘吸入物定量监测奠定基础。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种航空发动机进气道砂尘吸入物静电监测实验台，包括风洞管道、螺旋式供砂装置、砂尘环境采样及采样砂尘质量与静电荷测量装置、静电信号采集与处理装置；其中，螺旋式供砂装置包括大砂尘容器、螺旋式砂尘输送头、步进电机和控制器；砂尘环境采样及采样砂尘质量与静电荷测量装置包括砂尘环境采样管道、法拉第筒、电子天平和静电计；静电信号采集与处理装置包括静电传感器、信号处理装置；

所述风洞管道水平设置，风洞管道由管道、模拟发动机进气道、渐扩管道和离心风机依次衔接而成；螺旋式供砂装置、砂尘环境采样及采样砂尘质量与静电荷测量装置分别位于管道的中端、后端；

所述大砂尘容器竖直设置，大砂尘容器由上、下两部分连接而成，上部分为只有上底的圆柱形，下部分为只有下底的圆台形，圆台形上底与圆柱形下底大小相同，大砂尘容器底部带有出砂口，且出砂口置于风洞管道内部，螺旋式砂尘输送头的头部伸入出砂口中，步进电机与螺旋式砂尘输送头的尾部连接，控制器与步进电机连接；