《航空发动机静电监测信号的特征分析及提取》.pdf

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1、第35卷第3期振动、测试与诊断V01．35No．32015年6月JournalofVibration．Measurement&DiagnosisJun．2015航空发动机静电监测信号的特征分析及提取文振华，侯军兴，左洪福(1．郑州航空工业管理学院机电工程学院郑州，450015)(2．南京航空航天大学民航学院南京，210016)摘要分析了航空发动机气路中颗粒物的荷电机理，研究了荷电颗粒和静电传感器的作用机理，并对静电监测信号的频率特性影响因素进行了分析。针对颗粒物流动特性引起信号频谱的差异，提出了从信号的频域提取能量分布特征参数的方法，采用小波分析的方法实现了

2、静电信号能量分布特征的获取，最后通过实验对静电监测信号的特征参数的有效性进行了验证。实验结果表明：静电监测技术能够有效地监测航空发动机输出功率的突变；连续颗粒物产生的信号中的高频成分相对较多，能量分布均匀性可以有效地判断出是间断颗粒物还是连续颗粒物，利用该能量分布的变化可以有效地反映出发动机输出功率变化不大的情况。关键词航空发动机；静电监测；特征提取；静电传感器中图分类号TP277；TP306；V23动机静电监测迫切需要解决的问题。引言发动机气路中的异常颗粒物(大粒径碳烟颗粒、金属磨粒等)是故障的直接产物，颗粒物的产生、荷电航空发动机气路静电监测技术通过监测

3、故障的和颗粒粒径、浓度、温度、燃烧性能等息息相关。此直接产物，对发动机气路部件的状态进行实时监测外，旋转部件故障、静止部件故障以及发生碰摩故障并给出预警信息。该技术在F35上的成功应用，大部位的差异等都将导致具有不同流动特性的颗粒物大提高了发动机的故障预测与健康管理(prognos—产生。因此，可以依据气路中异常颗粒物的类型判断ticsandhealthmanagement，简称PHM)能力j。气路部件工作正常与否，即根据监测的静电信息识别通过发动机气路模拟实验平台验证了静电监测技术气路中是否有异常颗粒物出现，颗粒物是连续出现还的可行性，获得了初步的异常颗粒

4、静电信号的时域是间断出现，以及是金属颗粒物还是非金属颗粒物、特征]，从理论上分析了静电传感器的特性以及影响因素Ⅲ3]，并针对某型涡轴发动机进行了初步的台是大粒径颗粒还是小粒径颗粒等。笔者通过分析颗架实验研究_4]。在航空发动机气路静电监测中，仅粒的荷电机理、荷电颗粒和静电传感器的作用机理，根据反映气路静电荷水平的原始感应信号往往难以研究不同特征(粒径特征、流动特征)的荷电颗粒物产对发动机气路部件的状态进行辨别，通常需要把监生信号的差异，提取静电信号有效的特征参数，为后测信号的特征参数提取出来，根据特征参数的分析续的航空发动机气路早期故障识别奠定基础。结果来判

5、断气路静电荷水平的变化情况，进而分析气路部件的工作状态和性能变化趋势。1发动机气路颗粒荷电机理分析目前，进行早期故障判断的主要根据是活动水平和事件率两个参数_4_5_，但两个参数对于复杂的气航空发动机气路静电监测技术实质是监测发动路环境以及多故障模式而言，尚不能满足准确识别机气路的总体电荷水平的变化。对于一个健康的发故障的要求，而且事件率这个参数主要依赖于活动动机而言，其气路总体静电荷水平保持在一个相对性水平以及所设定事件的阈值，使用过程中误差较稳定的水平，气路中出现的异常颗粒物导致了静电大，缺乏对静电感应信号深层次的特征提取的研究，荷水平的变化。在航空发动

6、机气路中，既有燃油燃因此，如何提取更多有效的特征参数是研究航空发烧产生的固体烟尘，也有燃油在高温缺氧条件下裂*国家自然科学基金资助项目(51105344)；航空科学基金项目资助(2012ZB55003)；河南省高校青年骨干教师资助项目(2014GGJS-104)；河南省教育厅科学技术重点研究资助项目(14A590001)收稿日期：2013—03—08；修回日期：2013—06—24454振动、测试与诊断第35卷解产生的碳烟颗粒，此外，由于进气道吸入外来物造静电传感器输出信号的频谱。从图中可以看出，随成损伤以及发动机气路部件发生故障时产生的异常着颗粒速度的增加

7、，幅值最大值所对应的频率和信颗粒物，如叶片烧蚀、涂层剥落、材料丢失、叶片与机号的频带宽度也增加。匣、密封圈之间发生碰摩也会导致气路中出现异常下面分析影响传感器输出信号的频率特征的因颗粒物。素。首先，细小颗粒和大颗粒相比较而言，停留在静在航空发动机工作时，燃油成分与氧气发生剧电传感器敏感空间的时间要相对短些，因而产生信烈复杂的化学反应，其基本反应_6如下号的频率成分会有差异，输出信号的频谱必然发生CH+(+n／4)02——mCO2+n／2H20变化；其次，在航空发动机气路中，输出信号往往是(1)多个连续的荷电颗粒运动综合作用的结果，因此将此外，还包括以下典型的

8、化学反应传感器的输出视为多个荷电颗粒经过传感器时，在