航空发动机叶尖间隙测试微波传感器设计与计算

设计了一种基于微带贴片天线原理的微波传感器,用于航空发动机的叶尖间隙测量与主动叶尖间隙控制.此传感器通过微波相位法行间隙距离的测量,不受发动机中燃油和污染影响,有很高的测量精度和稳定性.在理论分析的基础上,建立了工作在24 GHz左右的微波传感器模型,通过模拟计算得到了0.1～6 mm测试范围内最低灵敏度为0.5°/mm,验证了该设计的正确性.     

基于光纤技术的叶尖定时传感器的设计

叶片振动测量对航空发动机、电站涡轮机及各种压气机的强度设计和研究及安全监测非常重要。光纤传感器的出现 ,克服了传统传感器的缺陷 ,为实时精确测量高速旋转叶片振动提供了可靠的保证。描述了基于光纤传感技术的叶尖定时传感器的设计及其性能。     

燃气轮机叶片叶尖间隙光纤测量系统设计

燃气轮机转子叶尖间隙对发动机性能有重要影响,为实现其精密测量,首先,根据光纤对光强耦合原理得到了双圈同轴光纤束的光强调制特性函数;接着,分析了倾角变化对反射式光纤位移传感器测量特性的影响;然后,完成了间隙测量系统设计;最后,通过静态测量实验和不同转速下的动态测量实验验证了所设计系统的性能;实验结果表明:所设计传感器线性测量范围为2mm,测量系统动态性能较好。     

低温叶尖间隙传感器安装方案模糊评价

为选择低温叶尖间隙传感器合理可行的安装方式,满足低温压缩机叶尖间隙安全监测所需,采用模糊评价法对两种安装方案进行了评价研究.基于低温叶尖间隙传感器实际应用工况分析,建立了评价指标体系和评语集,采用Delphi法确定了各评价指标的权重向量,构建了模糊评价矩阵,最后基于加权平均法得到了综合评价值.结果表明,采用模糊评价法确...     

光纤传感器在叶尖间隙测量中的应用

介绍了叶片叶尖间隙测量的目的与意义,并分析了传统的测量方法的优缺点.在此基础上,采用了基于光纤传感的叶尖间隙测量技术对叶片叶尖的间隙进行非接触测量.该方法采用三组接收光纤的强度调制型光纤传感器接收叶尖表面的散射光,此传感器既可以消除光源波动、叶尖表面反射率变化对测量结果的影响,也可以大大减小叶尖表面不平度对测量结果的影响.     

叶尖定时旋转叶片振动测量新技术

设计了一套基于叶尖定时传感的旋转叶片振动测量系统.系统主要由光电传感系统、振动信号采集与预处理系统、叶片振动数据处理系统3部分组成.叶尖定时传感器采用单根光纤发射、多光纤接收的Y型结构,并用高性能专用集成芯片完成弱光信号的放大检测,使传感器信噪比大于500,信号带宽大于50 MHz.设计了基于PCI总线,并融合CPLD和DSP技术的高速叶尖定时信号实时采集与处理板卡;建立了同步共振条件下叶片振动的数据处理模型,实现了叶片振动的实时监测.     

基于叶尖间隙测量系统的轴心轨迹测量技术研究

经过数据提取、数据转换、拟合反算、轴心定位等处理步骤,可实现利用叶尖间隙测量系统的数据获取转子轴心轨迹的目的.该方法可用于轴心轨迹专用测试设备难于应用的场合或已配置叶尖间隙测量系统的低成本测试试验.     

解调三维叶尖间隙的分组对称光纤传感器设计与分析

为简化航空发动机三维叶尖间隙的测量和解调,设计了一种分组对称光纤传感器,并对其工作原理进行了深入分析研究。首先设计了光纤传感器探头内的光纤束排布方式,建立了传感器数学模型,并推导了三维叶尖间隙的分组对称解调方程。其次仿真分析了光纤数值孔径、纤芯半径对传感器性能的影响并确定了对应的参数值。最后,对传感器解调偏差进行了线性修正方法研究。仿真结果表明传感器径向间隙解调最大偏差为0.025mm,均方偏差为0.012mm,两个转角最大解调偏差为0.136°,均方偏差为0.052°,达到了较高的解调精度。     

超外差调频接收技术在叶尖间隙测量中的应用

分析了电容式传感器在测量叶尖间隙时主要干扰信号的特点,提出了基于超外差调频接收技术的测量方案来解决电容式传感器的杂散干扰问题,通过理论分析和模拟实验证明了该方案在实际测量中完全可行,提出了专门针对此测量方案的校准方法。     

基于电容测量法的叶尖间隙标定系统研制

介绍了基于电容测量法的离心压气机叶轮与叶轮外罩之间的间隙(以下简称叶尖间隙)标定系统的研制过程。该系统能根据需要精确控制叶尖间隙,为准确标定叶尖间隙值与电容传感器电压值之间的关系提供了可靠的保证。     

基于USB3.0的多通道叶尖间隙数据采集系统设计

动叶片与发动机机匣之间的叶尖间隙参数是反映航空发动机工作性能和运行安全的关键状态参数之一。多级多叶片叶尖间隙同时进行测量时,叶尖间隙测量数据量巨大,多通道数据快速处理与传输至关重要。设计了基于USB3.0的4通道叶尖间隙数据采集系统,提出了全采集和在板处理两种数据处理方法。利用FPGA高速并行处理多路ADC量化数据,通过USB3.0总线将预处理后数据传输至计算机,以进行数据后处理、显示与存储。通过实验验证了数据采集系统的有效性,USB3.0接口的数据传输带宽可达400 MB/s,系统理论上可扩展至32通道叶尖间隙信号输入。数据采集系统可同时满足叶尖间隙离线数据分析和实时在线监测的不同测量需求,设计方法在叶尖间隙测量工程应用方面具有重要意义。     

基于电容法的叶尖间隙测量准确度主要影响因素研究

航空发动机转子叶尖间隙是影响其性能和安全的重要参数.采用电容法进行叶尖间隙测量时,测量准确度的影响因素有很多,文中将其分为4大类、共计22条末端因素.通过现场调查、计算分析和试验验证的方式,对末端因素逐个按照标准进行了检查,确定了7条主要影响因素,并提出了解决方案,最终保证了电容法叶尖间隙测量的准确度.     

一种新型叶尖定时信号高精度处理技术

提出一种新型叶尖定时信号高精度处理方法。采用固定频率脉冲填充方法，并基于CPLD、FIFO、EPP的融合技术，实现10ns的叶尖定时分辩力。利用CPLD设计了24位高速同步计数锁存电路，引入光通信用放大芯片设计了高灵敏度、宽频带光电接收预处理电路，并设计了高速EPP接口电路及软件。在实验室条件下对处理系统进行了功能验证，实验证明该系统可以实现0．4μw的弱光检测。     

光纤传感器在发动机叶尖间隙监测中的应用

提出了应用光纤传感器作为探头，能够自动监测发动机叶尖径向间隙。介绍监测系统的工作原理、软硬件设计、测试曲线与故障诊断方法。     

测量叶尖间缝变化光纤传感器的研究

根据叶尖间隙测量的要求,设计了一种新型的光纤传感器。它采用了单光纤传光、多组光纤束接收散射光的结构。发射光纤位于中心,周围均布多组接收光纤,通过各组接收光纤光强的比值运算,消除了叶尖表面反射率变化对测量结果的影响,也可减小叶尖表面与传感器端面夹角给测量结果带来的影响。在转速同步传感器的配合下,该传感器可以实时测量所有叶片的叶尖间隙。当叶片转速在0~12000 r/min之间变化时,叶尖间隙的测量范围为0~3mm,测量精度为25μm。     

航空发动机碳纤维复合材料风扇叶片叶尖间隙测量研究

动叶片的叶尖间隙参数直接决定航空发动机的工作效率和运行安全,随着发动机朝着质量更轻、运转效率更高的方向发展,碳纤维复合材料(CFRP)被广泛应用于大涵道比航空发动机风扇叶片的设计,然而材料导电性会影响间隙测量结果。提出了一种基于电容法的CFRP叶片叶尖间隙测量方法;利用显微观察和元素分析,获取了CFRP叶片导电性规律,建立了仅碳纤维层参与构成电容器极板的叶尖间隙测量模型;开展了金属叶片和CFRP叶片叶尖间隙测量的仿真和实验,结果表明,两种叶片在不同间隙值下的电容输出呈比例关系,CFRP叶片的叶尖间隙测量精度优于45μm;完成了某型大涵道比航空发动机的测量试验,验证了航空发动机CFRP风扇叶片叶尖间隙测量方法的可行性和可靠性。     

微波传感器的应用与发展

微波传感器(MWT)属于物理传感器之一种,MWT及其特征尽管目前还鲜为人知,但它代表了传感器某个发展方向,在很多场合下显示出它的优越性。 一般说来可以概括为以下几方面。 1.测量具有不接触、非破坏性,因而可以进行活体检测,大部分测量不需要取样。     

一种涡轮叶尖间隙主动控制系统的建模与仿真

为了提高现代航空发动机的性能,通过机械装置来控制(减小)涡轮叶尖间隙成为现在和未来的一个研究热点。在分析研究了航空发动机在不同工况下涡轮叶尖间隙的变化规律的基础上,提出了一种双闭环主动快速控制系统。进而,设计了一种可以控制非均匀叶尖间隙变化的作动装置,并对其进行了深入的数学建模分析。最后,分别通过PID和模糊PID两种控制器工作方式,对所设计的涡轮叶尖间隙主动快速控制系统的控制效果进行了仿真验证,结果表明,在起飞时段,PID控制曲线与模糊自适应PID控制曲线基本重合;但是在巡航、迅速减速、迅速加速、再次巡航时段,模糊自适应PID的控制效果要明显优于PID控制。     

双屏蔽电容式脉冲传感器定时精度的仿真分析

叶尖定时传感器的定时精度直接关系到旋转叶片振动的测量精度.针对电容式传感器的定时精度问题,建立了双极性脉冲信号的数学模型及处理电路的控制论模型,分析了信号频谱及系统的冲击响应,选择合适的带宽并设计了电路系统,利用计算机对信号与冲击响应的卷积进行仿真得到足够小的信号过零点的延时.由此,设计了一套实验系统并给出了实验中测得的输出波形.     

主动叶尖间隙模型预测控制系统设计与仿真

为将发动机全工况内叶尖间隙控制在最佳状态,首先,提出实现间隙主动控制的双闭环控制系统结构;其次,设计一种由多个电子机械式作动装置成的可变结构的机匣结构,并建立了其数学模型;然后,应用基于串级模型预测控制的主动间隙控制策略,完成了控制器的设计;最后,以某发动机叶尖间隙变化为被控对象,仿真验证了所设计系统.结果表明:所设计系统控制偏差≤0.01 mm,对对称性间隙变化和非对称性间隙变化的控制效果均较好,可为主动叶尖间隙控制的实现提供参考.