摘要：航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛機(jī)的重點(diǎn)部件，因此對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)各系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)研究也十分重要，但是我國(guó)的發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)一直落后于先進(jìn)國(guó)家。靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用越來越多，因此對(duì)其了解與研究也必不可少。本文介紹了靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理，并簡(jiǎn)單較少了常見的航空發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)，最后對(duì)基于靜電感應(yīng)的三種航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

　　關(guān)鍵詞：靜電感應(yīng);航空發(fā)動(dòng)機(jī);健康監(jiān)測(cè)

　　對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)測(cè)工作十分重要且具有挑戰(zhàn)性，監(jiān)測(cè)技術(shù)的落后也導(dǎo)致這項(xiàng)工作不能完美進(jìn)行。航空發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)工作有兩個(gè)關(guān)鍵之處，第一，從發(fā)動(dòng)機(jī)的眾多傳感器中收集數(shù)據(jù)并找出異常數(shù)據(jù);第二，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的現(xiàn)狀預(yù)測(cè)出其使用壽命并規(guī)定合適的時(shí)間進(jìn)行檢修工作。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含多個(gè)程序：傳感器、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)、異常檢測(cè)程序、故障預(yù)測(cè)程序以及系統(tǒng)模型。健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)代替了之前的計(jì)劃維修工作，讓航空發(fā)動(dòng)機(jī)能夠定時(shí)進(jìn)行維修，使航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行更加安全。

　　一、靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)的原理

　　從現(xiàn)有資料來看，將靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于航空領(lǐng)域的研究不多，主要集中于氣路、油路系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)研究。氣路監(jiān)測(cè)主要是排查氣路系統(tǒng)部件中是否有異常顆粒物。氣路系統(tǒng)中的異常顆粒一般來自進(jìn)氣道吸入物與系統(tǒng)部件摩擦碰撞、以及發(fā)動(dòng)機(jī)非正常工作下產(chǎn)生的顆粒。氣路靜電傳感器一般在發(fā)動(dòng)機(jī)尾部噴管，通過靜電變化來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否出現(xiàn)故障。而靜電的變化起源于發(fā)動(dòng)機(jī)故障狀態(tài)產(chǎn)生的顆粒接觸或碰撞，或者高溫異常狀態(tài)所出現(xiàn)的電子發(fā)射以及固體斷裂帶電等情況。油路監(jiān)測(cè)則主要探查發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油路中由于進(jìn)入異常顆粒且使極其受損進(jìn)而造成的顆粒電荷，通過電荷水平的高低進(jìn)行分析。顆粒形成的主要原因是極其部件之間的磨損與疲勞損傷，顆粒與機(jī)器系統(tǒng)之間的接觸、碰撞，系統(tǒng)內(nèi)材料的分離以及雙電層分離則會(huì)造成電荷的出現(xiàn)與波動(dòng)。

　　在靜電監(jiān)測(cè)技術(shù)中所使用的傳感器主要有傳遞式與感應(yīng)式兩種。傳遞式感應(yīng)器的原理是將感應(yīng)器直接置于監(jiān)測(cè)環(huán)境中，需要與敏感元件和測(cè)量標(biāo)的直接接觸。感應(yīng)式傳感器則通過所攜帶的靜電敏感元件監(jiān)測(cè)電荷的產(chǎn)生與變化，進(jìn)而做出判斷。由于航空發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部環(huán)境惡劣，傳遞式傳感器在其內(nèi)部難以接觸測(cè)量標(biāo)的，且航空發(fā)動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝困難，因此常用感應(yīng)式傳感器。

　　二、常見的航空發(fā)動(dòng)機(jī)監(jiān)測(cè)技術(shù)

　　科研工作者對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究成果很多，基本對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)每一個(gè)部件的監(jiān)測(cè)都有所涉獵，這些研究成果保證了發(fā)動(dòng)機(jī)飛行過程中的安全運(yùn)行。此處筆者將介紹幾種實(shí)踐中常用的監(jiān)測(cè)技術(shù)與診斷方法。

　　(一)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路參數(shù)的健康監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

　　該方式的主要原理是根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路系統(tǒng)部件性能變化所引起的物理參數(shù)變化進(jìn)行判斷。航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路系統(tǒng)故障大多是由于葉片摩擦碰撞、材料損耗等問題積累所產(chǎn)生的，因此采用偏差較小的方式將復(fù)雜的非線性方程轉(zhuǎn)化為線性方程能夠提高研究的精度與操作性。但是該方式也與許多不足之處，首先，在一系列系統(tǒng)參數(shù)中，可監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)明顯少于不可監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過已知參數(shù)推斷未知參數(shù)又十分困難;其次，氣路系統(tǒng)的各種故障之間往往互相關(guān)聯(lián)，因此難以鑒別故障的具體類型;最后，在監(jiān)測(cè)過程中有許多干擾信號(hào)，參數(shù)的準(zhǔn)確度也難以把握。

　　(二)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)故障診斷技術(shù)

　　該技術(shù)的主要原理是通過監(jiān)測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)的振動(dòng)及其差異對(duì)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的健康狀況進(jìn)行判斷。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)取決于多項(xiàng)因素，因此系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及故障診斷便更加困難。采用該技術(shù)進(jìn)行故障診斷需要重點(diǎn)把握以下幾項(xiàng)內(nèi)容：第一，把握各種故障類型的特點(diǎn)，并進(jìn)行理性分析;第二，提高對(duì)故障特征參數(shù)的采集與提取精度;第三，積累故障判斷經(jīng)驗(yàn)，制作規(guī)則庫，開發(fā)智能診斷系統(tǒng)。

　　(三)發(fā)動(dòng)機(jī)滑油磨粒狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)

　　該技術(shù)的基本診斷方式是通過獲取并分析發(fā)動(dòng)機(jī)的滑油中各種顆粒的數(shù)量、濃度、大小、類型等信息對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的油路系統(tǒng)進(jìn)行判斷。學(xué)者較為重視的方法主要有光譜分析、鐵譜分析以及能譜分析。科學(xué)工作者目前主要的研究方向包括以下幾點(diǎn)：第一，提高樣本信息采集的效率與精準(zhǔn)度，并致力于研發(fā)能在線監(jiān)測(cè)并分析油樣的儀器;第二，通過大量數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)，建立資料庫，致力于研發(fā)出智能診斷系統(tǒng);第三，實(shí)現(xiàn)綜合性診斷，提高診斷效率與診斷精度。

　　上述三種方式都是在發(fā)動(dòng)機(jī)部件性能退化，系統(tǒng)出現(xiàn)故障并且情況已經(jīng)較為嚴(yán)重時(shí)才能監(jiān)測(cè)出結(jié)果。并不能對(duì)未知的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，也無法滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。因此靜電感應(yīng)監(jiān)測(cè)技術(shù)才逐漸吸引了工作者的視線。

　　三、基于靜電感應(yīng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)

　　(一)基于氣路靜電顆粒的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)

　　在正常工作狀態(tài)下，發(fā)動(dòng)機(jī)氣路中的靜電荷會(huì)保持在一個(gè)正常狀態(tài)下，但是當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)氣路出現(xiàn)故障導(dǎo)致性能下降時(shí)，例如吸入外來物品、燃燒室或熱端組件燒蝕、材料剝落等情況，則會(huì)出現(xiàn)靜電荷異常的現(xiàn)象。根據(jù)以上原理，Stewart Hughes公司研究出了氣路靜電顆粒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，用于檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)的健康狀況。氣路靜電顆粒監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用主要集中在發(fā)動(dòng)機(jī)吸入顆粒監(jiān)測(cè)以及發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴顆粒監(jiān)測(cè)兩方面。

　　在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)吸入顆粒監(jiān)測(cè)時(shí)，需要將一對(duì)軸向安裝的環(huán)狀金屬傳感器安裝在進(jìn)氣道的上游位置。進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)尾噴顆粒監(jiān)測(cè)時(shí)，則需要將紐扣式傳感器安裝在尾噴上，同時(shí)保持感應(yīng)面與內(nèi)部襯墊對(duì)齊。這個(gè)兩項(xiàng)監(jiān)測(cè)一般同時(shí)進(jìn)行，通過綜合兩項(xiàng)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)吸入物對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的危害程度以及發(fā)動(dòng)機(jī)氣路故障的種類。

　　這兩項(xiàng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分別在20世紀(jì)80年代和90年代申請(qǐng)了專利，但是長(zhǎng)期以來都被業(yè)界認(rèn)為不夠成熟，直到現(xiàn)在也仍然存在不準(zhǔn)確的問題。自20世紀(jì)末，這兩項(xiàng)技術(shù)在聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)故障與健康管理臺(tái)架試驗(yàn)中，也進(jìn)行過少量的飛行實(shí)驗(yàn)，由此看來，這種技術(shù)至少是可行的。

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