航空机载温度传感器研究.doc

《航空机载温度传感器研究.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、航空机载温度传感器研究摘要：为了保障飞机的使用寿命，确保飞机飞行安全，开展耐久性分析具有重要意义。文章以某型航空机载温度传感器为研究对象，通过耐久性主机理分析和有限元仿真预计相结合的方法，围绕耐久性及疲劳寿命预测展开研究，结果表明：传感器的耗损原因为承受机械或疲劳载荷，主要损耗激励为疲劳或循环应力;传感器承受循环应力振动载荷循环次数远远超过107，传感器整体结构接近无限寿命，能够满足规定的耐久性要求。关键词：温度传感器；耐久性分析；有限元仿真；疲劳寿命预计当今世界上许多先进民用飞机的疲劳寿命已达60000～

2、90000飞行小时，而我国飞机的疲劳寿命仅为25000～30000飞行小时[1-2]。究其原因，除了在材料、使用维护等方面与国外存在差距外，另一个主要原因是机载设备在结构设计与制造上不能满足耐久性要求，造成我国飞机的安全使用寿命较低[3]。为了保障飞机使用寿命的各项性能指标，确保飞行安全，满足飞机结构的长寿命、高可靠性、高出勤率和低维修成本的综合要求，研究机载设备结构的耐久性具有重要意义[4-5]。装配于航空发动机的传感器通常所处工作环境恶劣，在相当短的时间内会经受大温度梯度变化和大量级振动载荷，从而引起较

3、大的交变应力，振动疲劳损伤严重。因此，在传感器设计阶段即需要开展耐久性研究工作。本文首先简要介绍了航空机载设备耐久性分析方法，然后以某型航空机载温度传感器为研究对象，通过耐久性主机理分析和有限元仿真预计相结合的方法，围绕耐久性及疲劳寿命预测展开研究，对传感器结构进行振动疲劳寿命预计，从而对传感器进行较全面的安全评估。1航空机载设备耐久性分析方法4航空机载设备结构设计方法主要有静强度设计、气动弹性（刚度）设计、疲劳安全寿命设计、破损安全设计、损伤容限分析等。其中，综合了可靠性设计思路的耐久性损伤容限设计逐渐成

4、为机载设备设计中必不可少的考虑因素之一，特别是对于寿命和可靠性要求较高的航空机载设备，目前均已要求通过耐久性定量分析技术，综合评定设备战术技术性能、环境适应能力和维护成本等指标，从而实现设计和使用要求[6]。耐久性分析流程如图1所示，包含五方面的内容：主要耗损机理确定、数字样机建模、仿真应力分析、耗损型失效时间计算和理论寿命预计，其主要是利用NXUG软件进行三维建模，AnsysWorkbench软件中的Geometry模块进行数字样机修正，Mesh模块进行有限元网格划分，Har－monicResponse模

5、块进行谐响应分析，nCodeDesign-Life模块进行寿命预计仿真分析。2某型温度传感器产品简介2.1产品功能。某型航空机载温度传感器主要用于测量发动机排出燃气的平均温度，安装于发动机排气段机匣。使用时，单支传感器通过一对接线柱输出一组热电势信号，多支传感器输出的热电势信号通过ITT电缆并联形成两组输出，经过补偿后供给EEC以监控发动机的工作状态。传感器的功能模型为串联模型，如图2所示，模型中任一单元失效，系统即发生故障。2.2产品组成及功能框图。某型航空机载温度传感器由螺母（1）、接线柱（2）、热电偶

6、组合（3）、安装座（4）、端盖（5）、卡簧（6）、保护套（7）、螺母（8）和接线柱（9）组成。传感器结构图见图3。3耐久性主机理分析4耐久性主机理分析用于确定传感器在寿命期内可能潜在的故障模式与故障机理（含耗损特征），及其对应的工作应力或环境应力。其定性分析结果为开展基于不同耗损特征的各项定量分析以及耐久性薄弱环节的确定奠定基础，为耐久性仿真分析和寿命试验方案设计提供参考。3.1传感器总寿命要求。图3所示某型航空机载温度传感器的总寿命要求为不低于4000发动机小时/10年。3.2结构分解。在明确传感器工作原

7、理、结构组成及工作特性的基础上，将传感器的结构层次分解为以下三部分：（1）热电偶组合：用于生成反应测量温度热电势信号，为传感器功能实现的核心元件。（2）安装座：用于固定热电偶组合，同时将传感器与发动机壳体连接。（3）接线柱：将热电势信号传输给电子控制器，以监控发动机的工作状态。3.3载荷分析。根据传感器的载荷谱或任务剖面，分析确定传感器全寿命周期内所有可能的工作载荷与环境载荷类型及其作用方式。根据分析可知，传感器主要承受的载荷为机械振动应力和疲劳载荷。3.4机理确定。在结构分析与载荷分析的基础上，针对每个结

8、构层次单元，考虑所有可能的载荷类型，进行一一映射关系研究，分析确定每一种层次单元所有可能的耗损性故障机理，并对会引起同一故障模式的机理进行合并。根据分析可知，传感器主要损耗机理为循环应力和疲劳损耗。3.5结果分析。传感器耐久性主机理分析结果见表1所示。传感器在使用过程中主要故障模式为结构断裂和疲劳裂纹，两者最终均会导致传感器因测量偏差或无输出而失效，故障机理为循环应力和疲劳损耗，需采用疲劳寿命分析的方法进行耐久性