第11章航空發(fā)動機動態(tài)測量及監(jiān)控

第11章

航空發(fā)動機動態(tài)測量及監(jiān)控11.1發(fā)動機儀表及傳感器11.2發(fā)動機監(jiān)控參數(shù)11.3發(fā)動機振動監(jiān)控系統(tǒng)11.4航空發(fā)動機監(jiān)控技術11.1發(fā)動機儀表及傳感器

發(fā)動機儀表是用來檢查和了解發(fā)動機工作狀態(tài)的儀表總稱。駕駛員根據(jù)儀表的指示，進行正確的調(diào)整控制使發(fā)動機的工作狀態(tài)滿足飛行要求。要全面地了解發(fā)動機工作狀態(tài)，需要監(jiān)視和測量的參數(shù)很多，主要有溫度、壓力、轉(zhuǎn)速、油量、耗量、扭矩等等。一、發(fā)動機儀表測量的主要參數(shù)一類是各種發(fā)動機都需要的，如燃油和潤滑油的供油壓力、潤滑油溫度、燃油油量和流量及振動參數(shù)等；另一類參數(shù)與發(fā)動機的類型有關，如帶增壓器的活塞式航空發(fā)動機需要測量曲軸轉(zhuǎn)速、進氣壓力和汽缸頭溫度等，軸流式渦輪噴氣發(fā)動機需要測量主軸轉(zhuǎn)速、噴氣溫度、噴氣總壓與進氣總壓的比值等，渦輪螺旋槳發(fā)動機需要測量主軸轉(zhuǎn)速和扭矩、噴氣溫度等，直升機發(fā)動機還需要測量旋翼轉(zhuǎn)速和扭轉(zhuǎn)角度。

發(fā)動機位置總是遠離座艙，所以發(fā)動機儀表一般都采用電動遠距離傳送的形式。全套儀表包括三個部分即傳感器、指示器及其聯(lián)接導線。傳感器安裝在需要測量參數(shù)的部位上，直接感受被測參數(shù)(如溫度、壓力等)，并轉(zhuǎn)換成相應的電量(如電阻、電勢、頻率等)。連接導線將此電量傳送至控制裝置和指示器。指示器安裝在座艙儀表板上直接指示被測參數(shù)的大小或變化情況,供駕駛員觀察。測量并指示發(fā)動機的工作狀態(tài)。飛行中，飛行人員通過觀察發(fā)動機儀表的指示，了解發(fā)動機的工作狀態(tài)，并控制發(fā)動機的工作，以便完成各項飛行任務。發(fā)動機儀表二、發(fā)動機儀表的功能發(fā)動機儀表發(fā)動機儀表發(fā)動機壓力測量發(fā)動機溫度測量發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量發(fā)動機油量測量發(fā)動機推力測量測量發(fā)動機燃油系統(tǒng)的燃油壓力和滑油系統(tǒng)的滑油壓力。1、發(fā)動機壓力測量流體壓力的概念流體壓力的分類流體壓力的計量單位測量流體壓力的方法——基于壓力彈性敏感元件的測壓法

當轉(zhuǎn)速一定時，活塞式發(fā)動機所產(chǎn)生的功率與混合氣（空氣與燃油的混合）的壓力成比例；渦輪發(fā)動機所產(chǎn)生的推力與進氣壓力成比例；為了保證發(fā)動機的正常工作，必須以一定的壓力不斷地供給燃油和滑油。壓力測量的意義測量壓力的方法基于與重力相比較的測壓方法，如液柱壓力計。利用某些物質(zhì)在被測壓力作用下的特性變化來測壓，如電離式真空計。利用彈性敏感元件感受被測壓力的一些特性測壓。壓力彈性敏感元件基于敏感元件壓力位移特性的壓力表基于敏感元件應力應變特性的壓力表基于敏感元件壓力集中力特性的壓力表基于敏感元件壓力諧振頻率特性的壓力表1）壓力彈性敏感元件元件分類膜片：平膜片、波紋膜片波紋膜盒：單膜盒、膜盒組波紋管：無縫波紋管、有縫波紋管包端管：C型、螺旋型、螺線型、麻花型振動筒元件材質(zhì)金屬材料：銅基彈性合金、鐵/鎳彈性合金；非金屬材料：石英、陶瓷、半導體硅。膜片波紋管膜盒包端管振動筒（傳感器）基于壓力位移特性的壓力表

原理：彈性敏感元件在被測壓力作用下產(chǎn)生變形（位移），其變形程度與被測壓力間存在確定的函數(shù)關系。彈性敏感元件的變形（位移）可用各種變換元件變換，變換后構(gòu)成各種類型的壓力表和傳感器。1）差動電感式差壓傳感器2）電容式差壓傳感器原理：彈性敏感元件受被測壓力作用后產(chǎn)生彈性變形（應變）。邊緣固定的圓平膜片受到均勻分布壓力作用后，將產(chǎn)生徑向和切向應變，可被半導體應變電阻片感測。電阻應變效應：電阻在外力作用下發(fā)生機械變形時，其電阻值發(fā)生變化?；趹兲匦缘膲毫Ρ碓恚簭椥悦舾性诒粶y壓力均勻作用下，轉(zhuǎn)換為其硬中心的集中力，于是將壓力測量轉(zhuǎn)換為集中力的測量。張絲式壓力傳感器壓力作用面基于壓力集中力特性的壓力表原理：將被測壓力轉(zhuǎn)換為諧振頻率信號。壓力諧振頻率特性：當被測壓力作用在彈性敏感元件時，由于應力狀態(tài)不同，將導致敏感元件具有不同的固有頻率。若用外力激勵，彈性敏感元件則按其固有頻率振動。因此，測量其固有頻率就可以測量壓力?；趬毫χC振頻率特性的壓力表振動筒式壓力傳感器

傳感器本體由振動筒（具有良好的導磁性）、激勵線圈（內(nèi)置導磁體）和拾振線圈（內(nèi)置永久磁體）等部分組成。

拾振線圈檢測振動筒的固有頻率。當被測壓力引入筒內(nèi)壁，筒在一定壓差作用下固有頻率發(fā)生改變。

接通電路后在電干擾的沖擊下，通過激振線圈及導磁體組成的激勵器對振動筒產(chǎn)生激振力（電磁力），使其自由振動，同時使筒壁與永磁體之間的間隙變化（磁路的磁阻/磁通相應地變化），在拾振線圈中產(chǎn)生感應電勢，并正反饋給激勵線圈，使振動筒和電磁回路保持振蕩狀態(tài)。當輸入壓力不同，振動筒的固有頻率不同，它們之間存在確定的函數(shù)關系：壓力表

測量液體和氣體壓力的儀表。主要有燃油壓力表、滑油壓力表、進氣壓力表等等。目前除進氣壓力表為機械式外，均采用電動機械式。電動機械式壓力表的指示器類同于浮子式油量表指示器，而傳感器中也只是將浮子代換為感受壓力的膜盒。當被測壓力改變時，膜盒隨之膨脹和收縮而產(chǎn)生位移，通過機械傳動裝置帶動電刷沿電位計滑動。發(fā)動機壓力測量壓力表的感受元件是金屬膜片(或膜盒)，它將膜片受流體壓力作用后的位移轉(zhuǎn)換成相應的電信號，再帶動指針進行指示。

發(fā)動機上測量溫度，不僅是為了調(diào)節(jié)發(fā)動機性能，也為了保證安全。如潤滑油的溫度，能反映出發(fā)動機潤滑系統(tǒng)的工作狀況，也用以檢查發(fā)動機部件是否存在過熱等情況，以防止發(fā)動機因部件過熱損壞而造成故障。2、發(fā)動機溫度測量溫度表主要由溫度感受部分和指示部分組成。感受部分利用感溫器感受被測對象的溫度，并依據(jù)感溫器的某些物理量與被測溫度之間的單值函數(shù)關系，經(jīng)過轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換變成易于測量的電壓值，然后由指示器進行指示。飛機上的溫度表包括噴氣溫度表、滑油溫度表、燃油溫度表、進氣溫度表，此外還有座艙溫度表、大氣溫度表等等。常用的溫度表有熱電式溫度表和電阻式溫度表兩種。

熱電式溫度表熱電式溫度表是利用熱電效應來測量溫度的儀表。它利用熱電偶實現(xiàn)被測溫度和熱電動勢之間的變換，因此可用于測量較高的溫度。

這種溫度表采用熱電偶作感溫元件。它是利用材料的熱電效應,將被測溫度轉(zhuǎn)換成相應的電勢。由連接導線送入指示器，直接指示出被測溫度值。指示器實際上是一種精密的毫伏計。選用不同的熱電偶可滿足不同的溫度測量范圍。飛機上常用的熱電偶有鉻-鎳鋁(硅)、鎳鉻-鎳銅等，分別用于感受噴氣溫度和氣缸頭溫度。電阻式溫度表電阻式溫度表是利用導體或半導體的電阻隨溫度而變化的特性制成的儀表。它利用電阻去感受被測溫度，將溫度的高低轉(zhuǎn)換成電阻值的大小。電阻式溫度表在飛機上主要用于測量較低的溫度，尤其適用于精度要求較高的測溫場合。

這種溫度表使用金屬導體(如鉑、銅、鎳等)作感溫元件。由于導體的電阻隨溫度的變化而變化，將它放在被測溫度的介質(zhì)中時介質(zhì)的溫度即轉(zhuǎn)換成導體的電阻值。在一定溫度范圍內(nèi)，溫度與電阻值成線性關系。經(jīng)測量電路進一步將電阻轉(zhuǎn)換成相應的電流(或兩電流比值)，而后由電表指示。目前多用電流比計作為指示器。3、發(fā)動機轉(zhuǎn)速測量轉(zhuǎn)速表用于測量噴氣發(fā)動機的渦輪軸轉(zhuǎn)速或活塞發(fā)動機的曲軸轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速是發(fā)動機的一個重要參數(shù)，通過測量轉(zhuǎn)速，可以了解發(fā)動機的功率和推力，可以確定發(fā)動機所承受的負荷。

目前飛機上使用較多的是磁轉(zhuǎn)速表和脈沖數(shù)字式轉(zhuǎn)速表。原理：基于旋轉(zhuǎn)磁場與金屬導體間的電磁感應原理，將轉(zhuǎn)速變換為轉(zhuǎn)角。測量組件的構(gòu)成永久磁鐵組件（包括永久磁鐵和導磁體）金屬導體（感應旋轉(zhuǎn)磁場而產(chǎn)生電渦流）反作用彈簧（游絲）磁轉(zhuǎn)速表工作時，永久磁鐵組件隨被測轉(zhuǎn)軸同速（nx）或按一定的減速比（nx/i）旋轉(zhuǎn)時，置于旋轉(zhuǎn)磁場中的金屬導體切割磁力線而產(chǎn)生渦流。渦流與磁場相互作用，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩（M作），驅(qū)動金屬導體隨磁場轉(zhuǎn)動，并使軸上的游絲扭轉(zhuǎn)。游絲扭轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的反作用力矩M反，將阻止金屬導體繼續(xù)轉(zhuǎn)動，一旦作用在金屬導體上的力矩M作＝M反，金屬導體即停止轉(zhuǎn)動，由此對應一個確定的角位移。被測轉(zhuǎn)速越高，電磁力矩亦越大，則金屬導體轉(zhuǎn)動的角位移

也越大。如果在金屬導體的軸上裝上指針，就能直接指示被測轉(zhuǎn)速的值，其關系可表示為：其中，A為比例系數(shù)，其值取決于測量組件的形式和參數(shù)。當測量組件確定后，A是常數(shù)。

目前飛機上主要采用磁轉(zhuǎn)速表，利用光電、磁電轉(zhuǎn)換原理的數(shù)字式轉(zhuǎn)速表近來也有應用。

數(shù)字式轉(zhuǎn)速表傳感器是將被測轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成相應的信號頻率，因此指示器是一種測量頻率的裝置。

在帶有多臺發(fā)動機的飛機上一般還裝有各臺發(fā)動機轉(zhuǎn)速同步指示器，直接指示出各臺發(fā)動機轉(zhuǎn)速間的偏差情況便于駕駛員及時調(diào)整。數(shù)字式轉(zhuǎn)速表由轉(zhuǎn)速傳感器和轉(zhuǎn)速指示器組成。數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器將被測轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成相應的脈沖信號頻率。數(shù)字式轉(zhuǎn)速傳感器可分為兩種類型：磁電式光電式磁電感應式轉(zhuǎn)速傳感器傳感器的構(gòu)成導磁齒盤1；永久磁鐵2；感應線圈。磁電感應式轉(zhuǎn)速傳感器被測轉(zhuǎn)速測量原理導磁齒盤直接或經(jīng)過減速器與被測轉(zhuǎn)軸連接。當轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，導磁齒間隔地閉合或斷開磁路，磁路的磁阻/磁通隨之周期性變化，從而在感應線圈中產(chǎn)生感應電勢，其變化頻率

與轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速和齒盤齒數(shù)Z呈正比：霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器霍爾元件：高純度半導體材料制成的薄片?；魻栃狟霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器原理

導磁齒盤1；永久磁鐵2；霍爾元件霍爾被測轉(zhuǎn)速測量原理（1）將霍爾元件帖裝在條形永久磁鐵的端面，并將永久磁鐵沿導磁齒盤的徑向安裝。（2）當導磁齒盤隨被測轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，導磁齒的齒頂和齒隙將依次通過永久磁鐵的下端面，使通過霍爾元件的磁場發(fā)生周期變化（忽大忽小），霍爾電勢亦隨之發(fā)生周期性變化，其變化頻率即與轉(zhuǎn)速呈正比。被測轉(zhuǎn)速光電式轉(zhuǎn)速傳感器原理：利用光源和調(diào)制裝置，將被測轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為光脈沖信號，再通過光電轉(zhuǎn)換（光敏元件）進一步變換為電脈沖信號。光電式轉(zhuǎn)速傳感器原理測量原理（透射式）（1）在被測轉(zhuǎn)軸上裝一調(diào)制圓盤，圓盤上均布N個狹縫，光源和光敏分置于圓盤兩側(cè)。（2）當狹縫正對光路，光源發(fā)出的光穿過縫隙，經(jīng)光學系統(tǒng)聚焦后，照射在光敏元件上，受到光照的光敏元件，產(chǎn)生相應的電信號；在無縫處，圓盤截斷光路，光敏元件無光照射，不產(chǎn)生電信號。（3）被測轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，光路周期地通或斷，光敏元件即產(chǎn)生相應的電脈沖輸出信號。油量表用來測量和指示飛機油箱內(nèi)燃油的容積或重量，并可在油量減少到一定數(shù)量時發(fā)出剩油警告。4、發(fā)動機油量測量油量表種類：浮子式電容式葉輪式浮子式油量表原理：利用浮子把油箱液面高度轉(zhuǎn)變成電量，從而測量油量。組成：傳感器（浮子式）Q→h→R；指示器（動框式電流比值表）和轉(zhuǎn)換開關等。（原理電路是一個直流半對角線電橋）Q↑→h↑→RX↑RY↓→VA↑VC↓→IⅠ↓IⅡ↑→M1↓M2↑→指示增大；反之，Q↓→h↓→指示減小。即Q→h→R→IⅠ/IⅡ指示油量使用特點（1）通電前，機械零位；通電后，指示被測油量；（2）姿態(tài)誤差大，平飛時判讀；（3）警告燈亮時，結(jié)合耗油情況，正確判斷剩油量。電容式油量表

原理:利用電容器把油量轉(zhuǎn)變成電容量，從而測量油量。

組成：傳感器、指示器、

轉(zhuǎn)換開關電容器的電介質(zhì)是燃油和燃油之上的空氣。電容值與油面高度之間具有單值函數(shù)的關系。儀表的工作原理

當XCX（R2+R2′）=XC0R1時電橋平衡

Q↑→CX↑→XCX↓→U出

→電機轉(zhuǎn)動→R2′↑，重新平衡，指示↑；反之，Q↓→CX↓→指示↓。即Q→CX→自動平衡電橋

電容式油量表的指示以某一種燃料在某一規(guī)定溫度時的介電常數(shù)和密度為根據(jù)。溫度誤差：由于溫度變化，使介電常數(shù)和密度變化引起的誤差。換油誤差：由于更換燃油，使介電常數(shù)和密度變化引起的誤差。電容值平行板的面積A平行板間的距離D真空介電常數(shù)ε相對介電常數(shù)KAD問題燃油的K≈2不同的燃油K不同，換油時會產(chǎn)生換油誤差。K<2

1/2EF

燃油量表燃油箱燃油量表的默認K=2，但如果燃油的K=1.8那么即使油箱已滿，但指示總是未滿。解決的辦法：補償器用補償器計算K

C=KA/DK=C(Compensator)(xA/D)燃油箱

1/2EF

燃油量表使用補償器（一個短的燃油探頭，總是浸在燃油中）計算燃油的實際K值。

89個電容式傳感器(A340)WingandcentertankprobeslocationProbeterminalblock3個補償器測量相對介電常數(shù)LHInnertankCompensator2個密度計DensitometerOthertanksusedsamedensitycorrectedfortemperature.使用特點配合轉(zhuǎn)換開關讀數(shù)。通電前指任意位，通電后指油量。采用多根傳感器，姿態(tài)誤差比浮子式小。傳感器無摩擦，可靠性高。優(yōu)點：精度高沒有活動部件，消除了機械摩擦等影響補償器消除換油、溫度影響缺點：易受水分影響易受微生物影響

電容式油量表屬電氣式測量裝置，性能比浮子式好。不論是浮子式還是電容式油量表，都是通過感受油箱中油面高低來間接測量油量的。即使油量不變，但飛機姿態(tài)變化時，因油面隨之傾斜，也將造成油量測量的誤差即所謂姿態(tài)誤差。但電容傳感器屬細長結(jié)構(gòu)，可以在一個油箱的不同部位同時安裝傳感器測量油面的平均高度，所以電容式油量表的姿態(tài)誤差小于浮子式。超聲波傳感器超聲波油量傳感器中應用的是渡越時間檢測法。超聲波油量傳感器的發(fā)射器和接收器是安裝在油箱表面。用超聲波測量油箱內(nèi)的油量，實際就是要測量上表面到油面的距離，由此算出油箱內(nèi)油的高度,進一步計算出油的體積和重量。

從超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波，經(jīng)氣體介質(zhì)的傳播，傳到接收器的時間，就是渡越時間。要測量油的高度

h，先要測量上表面到油面的距離l，轉(zhuǎn)化為測量渡越時間

T，若超聲波的傳播速度為

u，罐的總高度為

H，則：h=H-uT/2。

基于超聲波可在不同密度介質(zhì)的分界面上產(chǎn)生反射的特性，通過裝在油箱底部的超聲波發(fā)生器，向燃油油面發(fā)射脈沖信號，此脈沖與油面接觸，產(chǎn)生反射，并由超聲波接受器采集，超聲波脈沖信號反射時間與油箱的油柱高成比例，從而測出油面的高度。超聲波油量測量相對傳統(tǒng)的電容式油量測量有無法比擬的優(yōu)點：測量精度高；維護方便，除超聲波探頭安裝在飛機油箱中，其余工作部分均在油箱外，可直接進行維護；系統(tǒng)可靠性高，由于采用微處理技術，使系統(tǒng)所需部件的數(shù)量減小，復雜性降低、抗污染能力強。機械指示器是在維護時采用的輔助測量工具。類型有：磁性浮子式油尺、滴油管式油尺和光線式油尺等。機械指示器

（B737-800）1、2號主油箱有6個量油尺，每個量油尺在油箱接近門上。有4個量油尺在主油箱，2個在油箱接近面板，2個在機翼蒙皮上。

在主起落架輪艙，有2個傾斜儀，一個測俯仰度，一個測橫側(cè)度?？捎昧坑统咦x數(shù)和俯仰傾斜的數(shù)據(jù)來確定油量。磁性油尺

燃油耗量表指示飛機上燃油的消耗量，即單位時間內(nèi)消耗的燃油數(shù)量，它可以用消耗的質(zhì)量也可用體積表示。

單位時間的耗油量和總耗油量是保證飛行安全、考核發(fā)動機經(jīng)濟效果和調(diào)整發(fā)動機工作狀態(tài)的重要參數(shù)。常用的流量表都由傳感器和指示器兩部分組成。燃油消耗量測量

飛機上使用的流量表主要有兩類：一類是渦輪流量表，用于測量單位時間消耗燃油的體積；另一類是質(zhì)量流量表，它能測量單位時間消耗燃油的質(zhì)量，精度較高而且不受溫度等因素的影響。

直接測量質(zhì)量消耗量的耗量表雖然結(jié)構(gòu)比較復雜，但精度高，而且精度不受環(huán)境溫度等條件的影響，己在某些飛機上得到應用。但目前得比較多的仍是渦輪耗量表。

根據(jù)飛機油箱中的儲油量和單位時間內(nèi)的消耗量，駕駛員即可比較準確地估計飛機可能續(xù)航的時間和航程，并可間接檢查飛機供油系統(tǒng)是否有漏油現(xiàn)象。為了減少飛機儀表的數(shù)量，油量表和耗量表經(jīng)常組合成一個表。

5、發(fā)動機推力測量發(fā)動機推力表是了解渦輪噴氣發(fā)動機功率的儀表，它與轉(zhuǎn)速表共同反映發(fā)動機的功率。其作用主要是幫助駕駛員調(diào)節(jié)油門，以保持發(fā)動機應有的推力。發(fā)動機推力表一般都是通過測量發(fā)動機的進口壓力與渦輪的出口壓力的壓力比或壓力差來反映推力的，所以這種儀表又稱壓力比表或壓力差表。壓力比率表

發(fā)動機產(chǎn)生的功率或推力是一個要準確地了解和控制的重要參數(shù)。但影響功率或推力的因素很多，難以實現(xiàn)直接的、準確的測量。過去是根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速和排氣溫度間接估算噴氣發(fā)動機的推力，但精度很低。為了提高推力估計的準確度和充分發(fā)揮發(fā)動機的性能，目前有些機種采用了測量噴氣發(fā)動機的進氣總壓和噴氣總壓之比的壓力比計。

壓力比計是一種伺服式儀表，全套儀表包括有壓力探頭(一個進氣壓力探頭和若干個噴氣壓力探頭)和一個伺服式壓力比指示器。通過感壓膜盒組和平衡機構(gòu)檢測壓力比值的變化，而后經(jīng)過線性差動電感變換器(LVOT)、放大器、電動機和減速器組成的自平衡裝置，一方面使平衡機構(gòu)重新恢復平衡狀態(tài)，同時驅(qū)動指針指示相應的壓力比值。根據(jù)壓力比計的示值，不僅能比較準確地估計發(fā)動機所產(chǎn)生的推力而且能方便地進行調(diào)整和控制。螺旋槳槳矩表

用以測量螺旋槳（或旋翼）的槳葉角。在變矩螺旋槳飛機和直升機上，發(fā)動機轉(zhuǎn)速一定時調(diào)整槳葉角可以實現(xiàn)發(fā)動機輸出功率與螺旋槳需用功率的平衡。槳矩表常采用直流或交流同步傳輸系統(tǒng)來測量并指示槳葉角。

用以測量渦輪螺旋槳發(fā)動機主軸的扭矩。根據(jù)主軸扭矩和轉(zhuǎn)速可以估算發(fā)動機的功率。通常采用力矩壓力表直接指示扭矩。

扭矩表指位表主要用于指示某一機件的停放位置或開放角度。指位表除用于指示發(fā)動機油門桿的停放角度和滑油散熱器風門的收放位置外，還用來指示飛機操縱系統(tǒng)的各種操縱面位置。

常用的發(fā)動機儀表多采用指針－圓形刻度盤式顯示裝置，并在刻度盤的邊緣涂有紅、綠或其他顏色。根據(jù)指針是否進入一定的顏色區(qū)即可迅速判明發(fā)動機工作正常與否。為了減少儀表數(shù)量，常采用多針式儀表。豎直帶式指示器曾用于發(fā)動機儀表，它排列緊湊，但是帶式顯示裝置比指針－圓形刻度盤式顯示裝置更易受振動的影響，尤其在直升機的振動條件下會使指示模糊。

利用發(fā)光二極管等固體發(fā)光器件組成豎直刻度顯示器則不受振動的影響。平板顯示器有助于實現(xiàn)發(fā)動機儀表的小型化、電子化、數(shù)字化和綜合化，已在某些機種上得到應用。隨著電子綜合顯示技術的發(fā)展，新型的發(fā)動機管理顯示儀已經(jīng)問世。這種儀器有利于發(fā)動機工作狀態(tài)的控制和縮小發(fā)動機儀表板的面積。11.2發(fā)動機監(jiān)控參數(shù)一、發(fā)動機狀態(tài)監(jiān)控通過從檢測發(fā)動機的氣動熱力參數(shù)和機械性能參數(shù)，并提取相應信息，實現(xiàn)對發(fā)動機狀態(tài)的識別，尋找發(fā)動機的故障，指出故障的原因，部位，程度和趨勢，編制出相應的檢查和維修計劃的綜合技術系統(tǒng)。

監(jiān)控參數(shù)(征兆量)應滿足下述要求

①能明確發(fā)動機的工作狀態(tài)；②對發(fā)動機性能及變化反應靈敏；③能簡單、迅速、準確地進行測量：④在發(fā)動機相應的位置上能安裝傳感器，并能方便地進行檢查、維修和拆換。主要發(fā)動機參數(shù)：EPR,N1,EGT次要參數(shù)：N2,FF,OilPRESS,OilTEMP,OilQTY監(jiān)控參數(shù)分為工況參數(shù)發(fā)動機推力EPRorN1氣動熱力參數(shù)EGT,FF,N1,N2機械性能參數(shù)VIB,OP,OT,油門桿位置，通氣壓力溫度二、發(fā)動機參數(shù)氣動熱力參數(shù)EGTEGT叫發(fā)動機的排氣溫度，一般是低壓渦輪后燃氣的總溫EGT的高低，反應了發(fā)動機中最重要，最關鍵的參數(shù)—渦輪前燃氣總溫的高低，同時它決定了發(fā)動機性能的高低和變化，決定了渦輪導向器工作的安全及壽命，對壓氣機、渦輪效率的下降反應極為敏感，對引氣系統(tǒng)的故障也有很明顯的反應。一般隨著這些故障的出現(xiàn)，EGT均有不同程度的升高。當發(fā)動機工作狀態(tài)參數(shù)和飛行狀態(tài)參數(shù)出現(xiàn)問題時，EGT隨之而變化。氣動熱力參數(shù)FFFF是燃油流量，是單位時間(一小時)進入燃燒室的燃油質(zhì)量。FF作為發(fā)動機的一個經(jīng)濟指標而被監(jiān)控。它與EGT一樣，隨著發(fā)動機各部件效率的下降而增加，當發(fā)動機工作狀態(tài)參數(shù)和飛行狀態(tài)參數(shù)出現(xiàn)問題時，F(xiàn)F也隨之而變化。氣動熱力參數(shù)N1：N1是低壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。對于以發(fā)動機壓比EPR為工作狀態(tài)參數(shù)的發(fā)動機，低壓轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速N1也是監(jiān)控參數(shù)之一，它是空氣流量的函數(shù)。該參數(shù)的特點是：當發(fā)動機的性能發(fā)生變化時，與其它參數(shù)相比它的變化較小。N1對低壓渦輪的損壞，EPR系統(tǒng)故障，引氣系統(tǒng)故障有反應。當發(fā)動機工作狀態(tài)參數(shù)和飛行狀態(tài)參數(shù)出現(xiàn)問題時，N1隨之而變化。氣動熱力參數(shù)N2N2是高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。高壓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速N2雖然不象EGT那樣對流量損失和部件效率下降反應那么靈敏，但N2對于分析發(fā)動機性能和部件損壞卻有很大的作用。機械性能參數(shù)VIBVIB是振動，它提供了有關旋轉(zhuǎn)部件平衡變化的信息。機械性能參數(shù)OPOP是滑油壓力?；蛪毫Φ淖兓梢悦枋龌拖到y(tǒng)中油濾堵塞，滑油箱出口有外來物，調(diào)壓活門有故障或滑油泵有故障，亦可能是滑油壓力指示系統(tǒng)有故障。機械性能參數(shù)OTOT是滑油溫度?；蜏囟茸兏弑硎境龌蜏囟戎甘鞠到y(tǒng)有故障，滑油量過少，滑油散熱器有故障，還可以指示出軸承或軸承腔有故障，及齒輪箱的故障。機械性能參數(shù)油門桿位置大部分發(fā)動機故障都會使油門桿位置不同步，油門桿位置不同步反映出引氣系統(tǒng)有故障。機械性能參數(shù)通氣壓力溫度通氣壓力或通氣溫度的變化反應出有高壓氣體泄漏入軸承腔或通氣增壓活門有故障。二、發(fā)動機主要信號的采集EPR傳感器的工作原理轉(zhuǎn)子脈沖探頭EGT的測量EGT的測量三、發(fā)動機次要信號的采集FF燃油流量傳感器OILTEMPOILPRESSOILQTYVIB振動指示傳感器11.3發(fā)動機振動監(jiān)控系統(tǒng)

發(fā)動機振動監(jiān)控系統(tǒng)目前己廣泛地應用于大、中型飛機上。根據(jù)分析知道，當發(fā)動機正常工作時，被監(jiān)視的振動參數(shù)(振動幅值、速度、加速度等)具有正常的數(shù)值范圍；發(fā)動機的振動突然加劇時，振動參數(shù)也隨之發(fā)生突變，預示著發(fā)動機發(fā)生了故障。振動參數(shù)的進一步分析，還可迅速地尋找到故障發(fā)生的部位。因此，利用振動監(jiān)控系統(tǒng)可以做到發(fā)動機故障的早期診斷和排除。若振動參數(shù)發(fā)生緩變，檢測這些參數(shù)并經(jīng)過分析，可以決定發(fā)動機是否需要提前進行維修，即所謂“視情維修”從而有效提高了發(fā)動機工作的安全性和可靠性。一、簡易振動監(jiān)測參數(shù)的測量

1.監(jiān)測參數(shù)的選取低頻選位移、中頻選速度、高頻選加速度作為測量參數(shù)目前趨向于采用振動速度作為振動監(jiān)控參數(shù)。整個振動監(jiān)控系統(tǒng)由振動參數(shù)傳感器，放大器和指示器三個部分組成。傳感器的典型安裝方式2.監(jiān)測點的選定敏感點--振動部位關鍵點--離監(jiān)測零件最近的部位易損點--容易產(chǎn)生劣化現(xiàn)象的部位注意事項：（1）避免高溫環(huán)境。（2）低頻振動兩個方向；高頻振動一個方向即可。（3）減少中間環(huán)節(jié)。（4）足夠的剛度。（5）監(jiān)測點要固定不變。3.監(jiān)測周期的確定定期巡檢隨機點檢

長期連續(xù)監(jiān)測

測振傳感器

振動加速度傳感器0～50kHz振動位移傳感器0～10kHz振動速度傳感器10Hz～2kHz

二、簡易振動診斷的常用儀器設備

渦流式位移傳感器的工作原理圖

渦流式位移傳感器

渦流式位移傳感器典型的安裝方式

(1)被測物體性能；(2)被測物體尺寸；(3)被測物體表面加工狀況；(4)被測物體材料；(5)被測物體表面鍍層；(6)被測物體表面殘磁效應。被測物體的性能參數(shù)影響整個傳感器系統(tǒng)的性能：磁電式速度傳感器

以振動體的振動速度為測量目標的傳感器稱為速度傳感器，適用于測量殼體的振動、軸的絕對振動等。常用的速度傳感器為（具有彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的）磁電式傳感器。它測量的信號是被振動物體相對于大地或慣性空間的絕對運動，因此又稱之為慣性式傳感器或地震式傳感器。傳感器工作時，工作線圈的輸出電壓與被測振動體的速度成正比，因此，經(jīng)過換算便可求得振動物體的速度。壓電式加速度傳感器

利用晶體的壓電效應原理制成，它輸出的電荷量與它的殼體所承受的加速度值成正比體積小、頻響寬、相頻特性好是目前使用最普遍的傳感器

每個加速度傳感器有兩個或多個裝在一個相當大的質(zhì)量塊Ｍ下的壓電片Ｐ，并通過強彈簧Ｓ壓緊在一個相當厚的金屬基座Ｂ上。在一定頻率范圍內(nèi)，壓電片所呈現(xiàn)的電荷量將和加速度傳感器所承受的加速度成正比。前置放大器

作用：進行阻抗變換，把高阻抗輸出變換為低阻抗輸出放大壓電式傳感器輸出的微弱信號電荷放大器：輸出電壓與輸入電荷量成正比的前置放大器，受電纜電容的影響很小。電壓放大器：輸出電壓與輸入電壓成正比。對電纜對地電容的變化非常敏感。影響因素

1）濕度；2）環(huán)境溫度；3）電纜噪聲；4）接地回路噪聲；5）傳感器橫向靈敏度；6）傳感器安裝方式。11.4航空發(fā)動機監(jiān)控技術

從六十年代開始，人們在無損檢測的基礎上全面開展了監(jiān)控技術的研究，在經(jīng)歷了滑油監(jiān)測、各種機械狀態(tài)監(jiān)測之后，目前已進入以發(fā)動機的機械性能和熱力學性能分析為基礎的綜合監(jiān)控階段，并準備向更高級的一體化設計階段邁進。至今所研究出來的各項單項監(jiān)測裝置和各類綜合監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于世界各條航線，并已為保障飛行安全、降低飛行成本、促進新機研制，以及改革維修制度、降低維修成本等方面都作出了卓越的貢獻。一、航空發(fā)動機監(jiān)控系統(tǒng)是一種通過探測發(fā)動機狀態(tài)、尋找發(fā)動機故障，指出故障的原因、部位、程度和趨向，及至最終編制出相應的檢查計劃和維修程序的綜合技術系統(tǒng)。它由檢測和診斷兩大部分組成。檢測部分是采集發(fā)動機的各種性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)，并對它進行適當?shù)奶幚砗蛽Q算，然后再與原始發(fā)動機(或成批發(fā)動機平均的原始數(shù)據(jù))的原始數(shù)據(jù)或圖征譜進行趨向比較，記錄下現(xiàn)行性能及趨向比較的結(jié)果。診斷部分是根據(jù)現(xiàn)代航空學及其他有關學科(斷裂力學、熱力學、氣動力學等)理論，專家們(指精通性能和結(jié)構(gòu)，有長期外場實踐經(jīng)驗的人員)的知識和經(jīng)驗，諸如:各類故障現(xiàn)象、各類故障出現(xiàn)的概率、對故障機理的認識，以及維修手冊的具體內(nèi)容，或由人工或用計算機分析檢測結(jié)果。找出性能退化和狀態(tài)故障的情況，并制定出相應檢查程序和經(jīng)濟省時的維修計劃。二、監(jiān)控系統(tǒng)介紹1.監(jiān)控對象：主要監(jiān)控對象是發(fā)動機氣路部件、熱段部件、燃燒室與噴嘴、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)、軸承、齒輪與泵、潤滑件、燃/滑油系統(tǒng)及主要結(jié)構(gòu)件的狀態(tài)和性能。2.監(jiān)控參數(shù)：主要有轉(zhuǎn)速、壓力、溫度、流量、振動等，詳見表1。3.監(jiān)控系統(tǒng)的組成：通常由無損檢查、滑油監(jiān)測、機械狀態(tài)監(jiān)測，和性能監(jiān)測四大部分。有關各部分的主要組成內(nèi)容及其簡要用途，見表2。表2監(jiān)控系統(tǒng)的主要內(nèi)容4.各類監(jiān)測裝置簡單介紹A.同位素射線照相射線照相是目前比較流行的，適合于外場原位檢測。常用的放射源是同位素Ir-192(鐵等效厚度10~15mm)和Co-60(等效鐵厚度0~140mm)。主要檢查的對象是孔探儀(光導纖維孔探儀)無法檢查的部位，即某些氣路部件的缺損、裂紋及熱變形等。例如JT-9D發(fā)動機二級渦輪導向葉片的熱變形等。射線檢查裝置重量很輕、體積很小、無須電源，便于攜帶到外場使用；并且可以插入到渦輪軸之類的狹小部位進行檢查。因此，它是目前外場無損檢查的一種重要的檢查裝置。B.滑油光學監(jiān)測器由于滑油監(jiān)測在監(jiān)控技術中的地位相當重要，所以構(gòu)成了滑油監(jiān)測這一獨立的部分。如滑油消耗量監(jiān)測和滑油光譜分析(SOAP)等。但這類方法都有一個共同的缺點，即不能實時監(jiān)測，必須在地面進行取樣分析。機載滑油光學實時監(jiān)測器：利用滑油對光的散射和傳播的影響原理制成的。安裝在飛機油箱和供油泵之間，對整個滑油污染變質(zhì)的情況實施實時監(jiān)測。

裝置內(nèi)部有一紅外光源，它產(chǎn)生一束紅外光照射流動的滑油。在一定的散射角位置和透射位置上裝有光電變換元件，分別用來接收散射光能和透射光能。由于散射光強隨滑油中浮懸的微粒的增加而增加；而透射光強則因滑油化學性質(zhì)的變化而變化。因此，我們可以根據(jù)兩只光電變換元件所反映的信號大小來判斷滑油污染和變質(zhì)的情況及其變化趨向，從而可以反映被潤滑的零件的磨損及故障的情況。下圖說明在線滑油光學實時監(jiān)測器在齒輪箱加速壽命試驗中對軸承損傷的響應曲線。與其他滑油監(jiān)測裝置相比，這種裝置的最大優(yōu)點是可以實施機載實時監(jiān)測和趨向監(jiān)控，目前已在歐美的好多機種上使用，效果是相當好的。C.渦輪葉片表面溫度監(jiān)控裝置—輻射高溫計為了提高發(fā)動機的性能，力求提高渦輪前的溫度。目前渦輪葉片的工作溫度已接近于葉片材料所允許的極限溫度。據(jù)研究報告報導，如果將渦輪葉片溫度再升高50。C，那么葉片的壽命將縮短為50%。從整個發(fā)動機來看，渦輪葉片的工作環(huán)境最惡劣，始終處于高溫和高的離心加速度下，它的疲勞壽命消耗也最大。當渦輪葉片選用空心葉片時，若此狀態(tài)有幾個葉片冷卻氣流受阻，則其后果是不勘設想的。因此對渦輪葉片狀態(tài)的監(jiān)測，對確保安全和延壽都有重大的意義。。

渦輪葉片表面溫度監(jiān)測是一種機械狀態(tài)監(jiān)測，監(jiān)測裝置是輻射高溫計。它是一種根據(jù)光輻射原理制成的一種光電裝置。通常由收集葉片表面輻射能量的人選蘭寶石透鏡聚光器(高溫頭)、光導纖維傳輸部分、光電變換器、峰值和平均值檢波器、線性化器等組成。測量范圍為1000~20000。F，精度5。F，響應時間微秒級，其結(jié)構(gòu)及其在發(fā)動機上的安裝情況如圖。

每當渦輪葉片通過時，輻射高溫計就快速、非接觸、高精度地測取葉片表面的靶面(Φ0.5~l)的輻射強度，從而可以精確顯示各個葉片表面溫度分布，所有葉片的平均溫度和峰值溫度，以及最高溫度葉片的峰值溫度。從而，可以有效地判斷哪個葉片冷卻流路阻塞、更有效地判斷超溫情況，同時還可以發(fā)現(xiàn)燃燒室火焰形狀變化所引起的總溫變化等。這是一種有效的溫度監(jiān)測裝置，目前在英、美、加拿大等航空公司都獲得廣泛應用。D.發(fā)動機性能監(jiān)控發(fā)動機工作過程中，由于氣路組成部件的磨損、表面污染等原因，使發(fā)動機性能退化。結(jié)果勢必導致發(fā)動機油耗增加