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航空发动机传感器

/aero-engine sensor/
条目作者李瑜

李瑜

最后更新 2023-02-07
浏览 221
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用于航空发动机参数控制、状态监测及发动机上附件状态反馈的装置。

英文名称
aero-engine sensor
所属学科
航空宇航科学与技术

在航空发动机的控制与监测领域中,传感器作为信号测量元件发展经历了液压-机械式、电子式两个阶段。液压-机械式传感器将转速、温度、压力等物理信号转换为机械位移、液压压力信号,主要有离心飞重、温度膜盒、压力膜盒等敏感元件。当航空发动机控制发展到电子控制技术后,采用热电效应、热阻及电感式等原理的机电类传感器替代了原来的液压-机械式传感器。

由于工作环境相对恶劣,传感器通常采用金属封装结构,一般分为如下几个部分:敏感元件,其功能是将物理效应转换为电量;信号连接,其功能是将电量信号引出到电缆或连接器;带安装功能的外壳,其功能是为传感器上其他零件提供防护,并提供安装接口。

根据应用场景,航空发动机传感器类型主要有温度传感器、转速传感器、压力传感器、位置传感器、状态监测传感器等。①温度传感器。主要分为铂电阻温度传感器和热电偶温度传感器。前者是利用铂材料制成的敏感元件的电阻大小随温度的规律变化来测量温度,主要用于测量发动机进口温度、风扇或压气机进口温度、中间截面或出口截面温度、燃滑油介质温度,修正发动机供油规律或用来监视发动机状态参数;后者利用异质金属结点的热电效应所产生的热电势来感测温度,主要用于测量发动机排气温度,用于发动机超温保护等。②转速传感器。基于磁阻式原理,用于发动机高低压转子转速、燃气涡轮/动力涡轮转速或螺旋桨转速的测量,主要功能是实现发动机的推力、轴功率的控制及超转保护。③压力传感器。主要采用硅压阻原理及电感式原理,用于测量发动机相关截面的总压或静压,常用于发动机调节计划的修正。还用于测量发动机上燃油、滑油系统的压力及压差以及发动机燃滑油系统的状态监测与保护。④位置传感器。通常采用线性差动变压器原理,用来测量发动机可变几何机构的位移以及其他液压-机械机构的位置,在控制系统中经常作为内回路的伺服控制。⑤状态监测传感器。金属屑、燃烧室火焰、旋转件的振动是发动机上主要的状态监测对象。金属屑监测主要通过磁钢吸引铁磁性碎屑的磁堵探测器以及基于电磁原理测量铁磁性或非铁磁性金属屑颗粒大小及数量的金属屑末传感器来实现。燃烧室火焰探测通过检测金属在高温火焰中的电离电流或者通过测量火焰中紫外或(和)红外光谱来实现。发动机轴承、传动机匣等旋转件的振动情况测量则主要是通过磁电原理的速度传感器或压电原理的加速度传感器来实现。

角位移位置传感器图角位移位置传感器图

随着数字技术的发展,旋转件的温度漂移误差、非线性等可以进行修正,主要衡量指标有灵敏度、重复性、可靠性、体积/重量、全寿命期成本等。由于航空发动机性能的驱动,传感器发展呈现出两方面的特点:通过数字化、智能化来提高性能,降低使用维护成本;通过提高传感器的带宽,或借助新的传感器,来支撑先进控制和监视技术,如主动控制所需要的高带宽传感器阵列、健康状态监视所需要的叶尖间隙传感器、燃气通路屑末传感器等。

现代发动机的控制日益倚赖传感器所能达到的能力,新的变量控制与监测更需要新的传感器,故传感器在类别、性能、可靠性方面对航空发动机的控制与监视将产生重要影响。

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