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航空发动机静电监测技术
作者：文振华 著
出版社：知识产权出版社
出版时间：2014-09-01
ISBN：9787513029254
定价：¥45.00
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内容简介
《航空发动机静电监测技术》全面系统地介绍了面向航空发动机健康管理的静电监测方法及其关键技术，深入地研究了静电监测技术的基本原理，静电传感器的工作原理，传感器特性影响因素分析以及静电监测技术在航空发动机气路、油路的监测应用。系统地介绍了航空发动机静电监测技术的最新研究成果。 全书内容新颖，总结了作者和研究团队成员近些年的科研成果，同时参考了国内外同行在该领域内的研究及应用情况，反映了当前该领域的前沿研究水平。 《航空发动机静电监测技术》可供从事航空发动机状态监测、故障诊断以及维修工程领域的科研人员阅读，也可供相关专业的研究生参考。
作者简介
文振华，男，1976年生，湖北天门人。工学博士，副教授，硕士生导师。2009年获南京航空航天大学载运工具运用工程专业工学博士学位，2009~2010年，香港城市大学PHM（故障预测与系统健康管理）研究中心高级副研究员。现任郑州航空工业管理学院航空装备保障技术研究所所长、国家自然科学基金委机械工程学部同行评审专家、航空学会会员。长期从事状态监测、故障诊断和系统健康管理等领域的科研工作。主持国家自然科学基金、航空科学基金，河南省基础与前沿技术研究，河南省科技厅攻关计划，河南省教育厅科学技术重点研究项目等10多项科研项目。作为主要骨干研究人员参与完成了国家“863”计划（2006AA04Z427）、国家自然科学基金（60672164、50705042），以及中国民航总局、东方航空公司、上海航空公司等多项横向课题的研究，获国防科技进步三等奖一项，河南省教育厅科技成果一等奖两项，郑州市科技进步二等奖一项，发表科研论文40篇，SCI/EI收录22篇，出版专著1部，获国家授权发明专利2项。
目录
第1章 绪论... 1
1.1 健康管理与监测技术... 1
1.1.1 航空发动机状态监测与诊断的意义... 2
1.2航空发动机气路状态监测与诊断技术现状... 3
1.2.1 现有的航空发动机气路状态监测技术... 3
1.2.2 现有监测技术的不足... 4
1.3气路静电监测技术历史与现状... 5
1.3.1 国外静电监测技术研究状况... 5
1.3.2 国内静电监测技术研究状况... 9
1.4本书的主要内容... 9
第二章 航空发动机气路静电监测技术原理... 10
2.1航空发动机气路颗粒物来源... 10
2.1.1 碳烟颗粒形成... 10
2.1.2 气路中异常颗粒的产生... 11
2.2航空发动机气路颗粒荷电机理... 12
2.2.1固体的荷电机理... 12
2.2.2 燃烧室内的化学反应... 15
2.2.3正负离子的形成过程... 16
2.3发动机气路电荷水平构成及影响因素... 20
2.4 发动机气路碎片监测系统的构成... 20
2.5航空发动机气路静电监测技术原理... 21
2.5.1 EDMS原理... 21
2.5.2 EDMS信号特征参数和参考基准线... 22
2.6 小结... 23
第三章 静电传感器的设计、测量模型及特性分析... 24
3.1传感器概述... 24
3.2静电传感器原理及设计... 25
3.2.1 静电传感器原理及分类... 25
3.2.2 静电传感器的设计... 27
3.3静电传感器探极的测量模型... 29
3.3.1静电传感器探极静电场描述... 29
3.3.2静电传感器探极的感应电荷求解方法... 30
3.3.3感应电荷有限元求解方法... 34
3.4静电传感器探极灵敏度影响因素分析... 39
3.4.1 传感器探极半径对灵敏度分布的影响... 40
3.4.2绝缘层介电常数对灵敏度分布的影响... 42
3.4.3 绝缘层厚度的影响... 44
3.5静电传感器探极的空间感应场分析... 47
3.5.1 静电传感器探极的空间灵敏度分布函数... 47
3.5.2 静电传感器探极的空间滤波效应... 52
3.6探极频率响应特性及影响因素分析... 54
3.6.1 频率响应特性... 54
3.6.2 探极频率特性影响因素分析... 55
3.7静电传感器前置放大器设计... 56
3.7.1 前置放大器的噪声分析... 57
3.7.2 抗干扰的方法... 59
3.7.3 前置放大器的设计... 60
3.8静电传感器输出信号的影响因素分析... 63
3.8.1 颗粒运动速度对传感输出信号的影响分析... 64
3.8.2 多荷电颗粒的频率响应分析... 65
3.9实验验证... 67
3.9.1传感器灵敏度验证实验... 68
3.9.2 距离传感器位置的影响... 70
3.9.3 轴向位置的影响... 71
3.9.4 颗粒速度的影响... 71
3.9.5 单个颗粒和连续颗粒产生信号的频谱分析... 72
3.10小结... 73
第四章 静电监测信号处理以及特征提取方法... 74
4.1 基于小波分析的静电监测信号去噪方法研究... 74
4.1.1 小波分析的基本概念... 74
4.1.2 常用的小波降噪方法... 76
4.1.3中值滤波和小波阈值滤波相结合的降噪方法... 77
4.1.4降噪实例对比... 78
4.2 基于独立分量分析的静电监测信号去噪方法研究... 80
4.2.1 ICA算法简介... 81
4.2.2 FASTICA算法原理... 81
4.2.3 FASTICA算法的预处理... 82
4.2.4 基于EMD的参考信号构造方法... 83
4.2.5 基于EMD的ICA降噪步骤... 84
4.2.6 基于ICA的信号降噪实例... 85
4.3 降噪效果评价... 85
4.4 小结... 87
第五章 航空发动机气路异常颗粒识别方法... 87
5.1 静电监测信号特征提取研究... 88
5.1.1静电监测信号的时域特征... 88
5.1.2静电监测信号的频域特征分析... 88
5.2 基于粗糙集神经网络的异常颗粒识别方法研究... 91
5.2.1粗糙集神经网络模型的构建... 91
5.2.2连续数据的离散... 92
5.2.3 基于遗传算法的神经网络结构优化... 93
5.2.4产生用于规则提取的样本... 96
5.3 分类知识规则获取... 96
5.4 实例验证与应用... 97
5.4.1 实例验证... 97
5.4.2知识获取模型在静电监测实验中的应用... 97
5.5 小结... 99
第六章 航空发动机气路静电监测技术模拟实验... 100
6.1 气路模拟实验系统配置... 100
6.1.1实验系统构成组件... 100
6.1.2 实验平台组件功能介绍... 101
6.2管道内颗粒运动速度的估计... 101
6.3 传感器可行性验证实验... 102
6.3.1 常温环境下实验... 102
6.3.2 传感器的耐高温实验... 102
6.3.3高温环境模拟实验... 103
6.4 典型工况模拟及颗粒特征分析实验... 103
6.4.1细小碳烟颗粒产生的感应信号特征分析... 104
6.4.２燃烧系统故障模拟实验... 105
6.4.3碰摩故障模拟实验... 105
6.5小结... 106
第七章 航空发动机静电监测技术台架实验... 107
1.1 7.1实验环境与方案... 107
1.1.1 7.1.1 发动机台架... 107
1.1.2 试车程序... 108
1.1.3 实验方案... 110
1.1.4 一些必要的说明... 110
1.2 7.2 静电监测信号影响因素分析... 113
1.3 功率对静电监测信号的影响... 114
1.3.1 时域... 114
1.3.2 特征参数的影响... 115
1.4 燃烧效率衰退对信号的影响... 118
1.4.1 燃烧效率的计算方法... 119
1.4.2 焓增法... 119
1.4.3 本文采用的计算方法... 120
1.4.4 燃烧效率衰退对静电监测信号的影响... 120
1.5 特征参数基准线的确定... 121
1.6 实验验证——检测发动机水洗... 123
1.6.1 水洗对静电时域信号的影响... 123
1.6.2 对特征参数的影响... 124
1.6.3 趋势分析... 125
1.6.4 静电特征基准线验证... 127
1.7 小结... 129
7.2未来工作展望... 130
第八章 静电监测技术在油路和磨损监测中的应用... 132
8.2 油液磨粒荷电机理分析... 133
8.3 油液静电监测传感器特性... 134
8.4油液静电监测实例分析 134
1.1 健康管理与监测技术... 1
1.1.1 航空发动机状态监测与诊断的意义... 2
1.2航空发动机气路状态监测与诊断技术现状... 3
1.2.1 现有的航空发动机气路状态监测技术... 3
1.2.2 现有监测技术的不足... 4
1.3气路静电监测技术历史与现状... 5
1.3.1 国外静电监测技术研究状况... 5
1.3.2 国内静电监测技术研究状况... 9
1.4本书的主要内容... 9
第二章 航空发动机气路静电监测技术原理... 10
2.1航空发动机气路颗粒物来源... 10
2.1.1 碳烟颗粒形成... 10
2.1.2 气路中异常颗粒的产生... 11
2.2航空发动机气路颗粒荷电机理... 12
2.2.1固体的荷电机理... 12
2.2.2 燃烧室内的化学反应... 15
2.2.3正负离子的形成过程... 16
2.3发动机气路电荷水平构成及影响因素... 20
2.4 发动机气路碎片监测系统的构成... 20
2.5航空发动机气路静电监测技术原理... 21
2.5.1 EDMS原理... 21
2.5.2 EDMS信号特征参数和参考基准线... 22
2.6 小结... 23
第三章 静电传感器的设计、测量模型及特性分析... 24
3.1传感器概述... 24
3.2静电传感器原理及设计... 25
3.2.1 静电传感器原理及分类... 25
3.2.2 静电传感器的设计... 27
3.3静电传感器探极的测量模型... 29
3.3.1静电传感器探极静电场描述... 29
3.3.2静电传感器探极的感应电荷求解方法... 30
3.3.3感应电荷有限元求解方法... 34
3.4静电传感器探极灵敏度影响因素分析... 39
3.4.1 传感器探极半径对灵敏度分布的影响... 40
3.4.2绝缘层介电常数对灵敏度分布的影响... 42
3.4.3 绝缘层厚度的影响... 44
3.5静电传感器探极的空间感应场分析... 47
3.5.1 静电传感器探极的空间灵敏度分布函数... 47
3.5.2 静电传感器探极的空间滤波效应... 52
3.6探极频率响应特性及影响因素分析... 54
3.6.1 频率响应特性... 54
3.6.2 探极频率特性影响因素分析... 55
3.7静电传感器前置放大器设计... 56
3.7.1 前置放大器的噪声分析... 57
3.7.2 抗干扰的方法... 59
3.7.3 前置放大器的设计... 60
3.8静电传感器输出信号的影响因素分析... 63
3.8.1 颗粒运动速度对传感输出信号的影响分析... 64
3.8.2 多荷电颗粒的频率响应分析... 65
3.9实验验证... 67
3.9.1传感器灵敏度验证实验... 68
3.9.2 距离传感器位置的影响... 70
3.9.3 轴向位置的影响... 71
3.9.4 颗粒速度的影响... 71
3.9.5 单个颗粒和连续颗粒产生信号的频谱分析... 72
3.10小结... 73
第四章 静电监测信号处理以及特征提取方法... 74
4.1 基于小波分析的静电监测信号去噪方法研究... 74
4.1.1 小波分析的基本概念... 74
4.1.2 常用的小波降噪方法... 76
4.1.3中值滤波和小波阈值滤波相结合的降噪方法... 77
4.1.4降噪实例对比... 78
4.2 基于独立分量分析的静电监测信号去噪方法研究... 80
4.2.1 ICA算法简介... 81
4.2.2 FASTICA算法原理... 81
4.2.3 FASTICA算法的预处理... 82
4.2.4 基于EMD的参考信号构造方法... 83
4.2.5 基于EMD的ICA降噪步骤... 84
4.2.6 基于ICA的信号降噪实例... 85
4.3 降噪效果评价... 85
4.4 小结... 87
第五章 航空发动机气路异常颗粒识别方法... 87
5.1 静电监测信号特征提取研究... 88
5.1.1静电监测信号的时域特征... 88
5.1.2静电监测信号的频域特征分析... 88
5.2 基于粗糙集神经网络的异常颗粒识别方法研究... 91
5.2.1粗糙集神经网络模型的构建... 91
5.2.2连续数据的离散... 92
5.2.3 基于遗传算法的神经网络结构优化... 93
5.2.4产生用于规则提取的样本... 96
5.3 分类知识规则获取... 96
5.4 实例验证与应用... 97
5.4.1 实例验证... 97
5.4.2知识获取模型在静电监测实验中的应用... 97
5.5 小结... 99
第六章 航空发动机气路静电监测技术模拟实验... 100
6.1 气路模拟实验系统配置... 100
6.1.1实验系统构成组件... 100
6.1.2 实验平台组件功能介绍... 101
6.2管道内颗粒运动速度的估计... 101
6.3 传感器可行性验证实验... 102
6.3.1 常温环境下实验... 102
6.3.2 传感器的耐高温实验... 102
6.3.3高温环境模拟实验... 103
6.4 典型工况模拟及颗粒特征分析实验... 103
6.4.1细小碳烟颗粒产生的感应信号特征分析... 104
6.4.２燃烧系统故障模拟实验... 105
6.4.3碰摩故障模拟实验... 105
6.5小结... 106
第七章 航空发动机静电监测技术台架实验... 107
1.1 7.1实验环境与方案... 107
1.1.1 7.1.1 发动机台架... 107
1.1.2 试车程序... 108
1.1.3 实验方案... 110
1.1.4 一些必要的说明... 110
1.2 7.2 静电监测信号影响因素分析... 113
1.3 功率对静电监测信号的影响... 114
1.3.1 时域... 114
1.3.2 特征参数的影响... 115
1.4 燃烧效率衰退对信号的影响... 118
1.4.1 燃烧效率的计算方法... 119
1.4.2 焓增法... 119
1.4.3 本文采用的计算方法... 120
1.4.4 燃烧效率衰退对静电监测信号的影响... 120
1.5 特征参数基准线的确定... 121
1.6 实验验证——检测发动机水洗... 123
1.6.1 水洗对静电时域信号的影响... 123
1.6.2 对特征参数的影响... 124
1.6.3 趋势分析... 125
1.6.4 静电特征基准线验证... 127
1.7 小结... 129
7.2未来工作展望... 130
第八章 静电监测技术在油路和磨损监测中的应用... 132
8.2 油液磨粒荷电机理分析... 133
8.3 油液静电监测传感器特性... 134
8.4油液静电监测实例分析 134
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