第十一章 航空发动机数据系统

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第三节 航空发动机主要测试参数和传感器


基本要求：
测试精度满足发动机控制； 能够承受发动机上严峻工作环境条件（-60~12000C）； 耐腐蚀、油雾或在油中浸泡； 抗冲击和振动； 对发动机流场、结构、强度影响小； 结构简单、重量轻、工作可靠、安装牢固，装拆、检查、 更换方便。 温度测量：热电偶—400~12000C 电阻温度计—-60~4000C 压力测量：晶体振荡式传感器—可靠性高、稳定性好 转速传感器：齿轮式
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1）排气温度、发动机进气温度、大气温度、座舱温度、防 冰温度 2）滑油温度、燃油温度 3）形式：热电阻式、热电式 1、热电阻式传感器：测量较低温度—进气、燃油、液压油 及防冰等温度测量。 2、电热（热电偶）式温度传感器：测量较高温度 A320排气温度：9个热电偶 PW4000温度传感器：（6处）Tt2，Tt3，Tt4.95，燃油温度， 滑油温度，3号轴承滑油温度。 双铂金属丝电阻元件： Tt2 双镍铬/镍铝热电偶：Tt3，Tt4.95，燃油温度，滑油温度，3 号轴承滑油温度。
第一章
第一节
一、作用：
航空发动机数据系统
概述
1）实时测量和显示发动机工作状态的参数。 2）对发动机及其工作系统进行检查、检测、状态监控和故障诊断。 3）推力管理、燃油控制、压气机防喘、热端部件冷却、间隙控制、状态 监控、安全警告等。
二、组成：
测试：转速、扭矩、振动、冲击、流体（液体或气体）介质的温度、压 力、流量、密度、油量等。 显示：早期—显示仪表 现代—电子显示（电子综合显示系统）。 特点：信息量大，综合化程度高，形象、直观；显示与检测、控制交联。 全权限数字电子控制系统（FADEC）:与EEC9（或ECU）结合控制发动 机。
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三、Airbus320飞机机载测试与显示系统 1、飞机中央监控系统—ECAM系统 功能：发动机与警告显示（E/WD） 飞机系统显示（SD） 2、ECAM四种工作模式 1）人工模式（超控所有其它模式）； 2）故障模式：主警告/告戒时自动显示； 3）咨询模式：有参数漂移时自动显示； 4）飞行阶段模式：对应于飞机的飞行状态自动显示。
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四、流量及传感器
质量流量 体积流量 涡轮流量传感器：前后直管段长度应大于15倍和5倍 磁电式转换器：磁阻式、感应式、霍尔元件、光电元件变 换器等； 涡轮流量传感器特点：精度高、线性特性、测量范围宽、 反应灵敏、压力损失小等。


五、振动及传感器
(P390,表11.2)位置：风扇轴承、压气机、中介机匣、涡轮 传感器：速度式、加速度式 1、速度式测振原理 2、加速度式振动传感器原理
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思考题

1）简述发动机数据系统的功用、组成和主要元件。 2）简述先进涡扇发动机的机载电子测试系统的组成及功能。 3）状态监控系统和燃油控制系统有哪些主要测试参数？ 4）说明互感式位移传感器（差动变压器）的工作原理。 5）简述转速测量系统的组成和工作原理。 6）测量位移可以哪些类型的传感器？ 7）电测式温度传感器有哪两种类型？简述什么是热电现象？ 8）简述测振系统的功用；测振系统主要有哪些测试参数？ 9）简述惯性式振动传感器的力学原理。 10）什么是整机平衡？可用哪些方法进行整机平衡？ 11）简述发动机状态监视和故障诊断系统的功用和组成。
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位移和转角测量：可变差动变压器（LVDT和RVDT）


一、转速及传感器
直接式：r/min(活塞式发动机) 相对转速：x%nmax 磁电感应式传感器（PW400、RB211、V2500、A320） EEC发电机（N2转速信号源）
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二、温度及传感器
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二、状态监视与故障诊断系统
1、系统组成：机载设备、地面设备 记载设备：压力、温度、转速、振动； 飞机综合数据系统（AIDS）； 发动机指示和机组警告系统（WICAS）; 机载振动监视系统（AVMS）。 地面设备：传输、译码、数据处理、地面维修中心及状态 监视和故障诊断软件等。 2、系统功能和效益 功能：监视使用，评定工况，监视发动机状态变化趋势， 趋势分析和预报，探测和隔离发动机故障并验证排故情况， 评定发动机性能衰退，确定发动机限寿件的寿命消耗和剩 余寿命，改进发动机的调整和修正过程，提出维修建议和 决策，支持管理和后勤服务等。
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六、位移测量 差动变压器式位移传感器 形式：1）II型；2）螺旋管型；3）“山”字型 特点：结构简单、灵敏度高、线性度好、测量范围宽。

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第四节 航空发动机整机平衡
转子动平衡：工艺平衡、装配平衡、整（本）机平衡 一步平衡、多步平衡 刚性、拟刚性转子平衡，柔性转子平衡 单元体设计与转子动平衡的要求 整机平衡方法： 1）三圆平衡法：测试原始不平衡，三次试验（车）配 重，获得所需平衡配重和相位，精度较低； 2）三矢平衡法：测试原始不平衡，经一次试验（车） 配重，可获得不平衡矢量，精度较高。 3）PW4000低压压气机转子本机平衡 相位键（传感器）：音轮宽槽。
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三、压力测量机传感器
功用：健康检测 测量：进气压力、排气压力、燃油压力、滑油压力等 静态压力测量： 动态压力测量： 静压测量： 总压测量： 传感器：应变式、电容式、压阻式、压电式、谐振式、差 动式。 晶体振荡式压力传感器：可靠性高、稳定性好，适合于发 电机控制和监测。 谐振式压力传感器形式：弦振式、振膜式、振筒式等。 PW4000压力传感器（4处）：pamb、pt2、pt4.95、pb(燃烧室)
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2）低压转子（N1）系统 3）低压转子（N2）系统 4）发动机排气温度（Tt4.95）系统 5）燃油流量系统
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4、机械状态指示系统 1）滑油量指示系统 2）滑油压力指示系统 3）滑油低压警告系统 4）滑油温度指示系统 5）振动监视系统
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第五节 航空发动机状态监视与故障诊断
一、状态监视与故障诊断的作用
早起定时维修，视情维护 民航适航条例规定：监视参数15个以上 B747，A320监视参数已超过15个 1970年，美普惠公司，ECM I状态监视与故障诊断系统 1977年，美普惠公司，TEM I状态监视与故障诊断系统 1981年，美普惠公司，TEM II状态监视与故障诊断系统 1982年，美普惠公司，ECM II状态监视与故障诊断系统 1983年，美普惠公司，TEM III状态监视与故障诊断系统 1985年，美GE公司，ADEPT状态监视与故障诊断系统 1994年，美GE公司，ADEPT状态监视与故障诊断系统从 6.1发展到10.1版本。

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3）（地面）无损探测：孔探仪、涡流检测、同位素照相 检查、超声波检查、磁力探伤、声发射探测，x射线照相 检查、荧光检查、着色检查、液体渗透检查等。 诊断方法：直接对比、趋势分析、参数分析法等 4、发展前景 1）功能不断提高：提高诊断精度，减少误诊率； 2）软件系统标准化，降低陈本，方便使用； 3）监测和诊断系统与FADEC系统一体化设计，以利于发 动机控制系统对故障及时作出响应； 4）发展综合诊断技术：气路分析、振动监视、滑油监视 等综合在一起，提高诊断精度；发展故障诊断和维修专 家系统； 5）发动机寿命监视技术。
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效益：提高安全性，避免重大事故，降低空中停车率，降 低直接使用成本，延长零部件寿命，减少或避免二次损失， 减少维修工时，有计划维修，合理利用人力、设备，节省 油耗，节省备件的储备量和运输费用，减少延误和停飞， 降低污染，提高航空公司声誉等。 3、状态监控和故障诊断方法 健康程度评定：可用工作时间、低循环疲劳次数、高温或 超温工作时间、振动幅值、部件效率、发动机性能、滑油 杂质含量、气流金属含量、大小和分布等 基本手段： 1）气路参数分析（GPA）技术：气流压力、温度；燃油 流量、转速测量，发动机性能（推力或功率等）参数监视 2）机械状态监视：振动、滑油（压力、温度、消耗量、 金属屑收集、光谱分析、铁谱分析等）监视、地循环疲劳 监视、叶片振动应力监测、声谱监测等。
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第二节 典型的机载测试与显示系统


一、概述
FADEC系统将传感器采集、数字信号传给EEC（ECU），经 计算判断，发出指令控制发动机。 显示系统：EICAS或ECAM
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二、boeing747-400飞机的机载显示系统
发动机指示及机组警告系统（EICAS） 1、驾驶舱EICAS系统：主发、辅发、警告、警戒、忠告、 状态和记忆等。 2、系统数据汇总：感受、传送和显示发动机工作参数/信息。 3、性能指示系统：发动机压比（EPR）、N1、N2、Tt4.95和 燃油流量等。 1）发动机压比（EPR）系统；