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    新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)用集成智能軸承

    滾動(dòng)軸承是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中最重要的零件之一。對(duì)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測,有助于檢測軸承故障及預(yù)測軸承壽命。所研發(fā)的智能集成傳感軸承可實(shí)現(xiàn)在線狀態(tài)監(jiān)測。該軸承被稱為智能軸承,由低功耗小型傳感器構(gòu)成,對(duì)于無線通信與數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪\(yùn)行具有自供能能力。智能軸承視野將在線狀態(tài)監(jiān)測提升到新的水平。然而,目前大多數(shù)現(xiàn)有的智能軸承技術(shù)可用于汽車、鐵路、風(fēng)電設(shè)備等,由于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境及操作條件復(fù)雜而具有挑戰(zhàn)性,包括極高的主軸轉(zhuǎn)速、高振動(dòng)頻率及高溫等,因此能用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的智能軸承的研制卻十分有限。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)主軸及渦輪機(jī)用軸承分別暴露在溫度約為200℃及300℃的環(huán)境中。高溫潤滑油同樣為傳感器呈現(xiàn)惡劣的環(huán)境。其他挑戰(zhàn)包括:有限的輸入功率、有限的空間及有線通道的可用性,以及市面上的耐高溫電子元件的不可用性。此外,嚴(yán)格限制噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承周圍使用磁性傳感器或材料,因?yàn)榭赡芪浇饘偎樾荚斐啥氯。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中,軸承裝在密封的金屬機(jī)箱中,嚴(yán)重限制了無線數(shù)據(jù)傳輸。因此,雖然在近幾年技術(shù)有了重大進(jìn)步,但是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)智能軸承的研發(fā)仍然是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。


    該項(xiàng)工作的第一步是確定在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)所在的惡劣環(huán)境中用于軸承狀態(tài)監(jiān)測的傳感器組件,以及智能軸承中可測量一系列指示軸承狀態(tài)的參數(shù)的傳感器集成。同時(shí)研發(fā)一種能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行無線收集及傳輸?shù)哪芰渴占夹g(shù),這項(xiàng)技術(shù)是智能軸承中的關(guān)鍵部分。

    本項(xiàng)目的主要目的




    ● 鑒別市面上適用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承狀態(tài)監(jiān)測,尤其是那些能夠在高溫及噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)腐蝕性潤滑油環(huán)境中運(yùn)行的傳感器,并將其使用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中;

    ● 鑒別低功率傳感器,以減少能耗;

    ● 鑒別并研發(fā)適用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境中的能量收集技術(shù);

    ● 優(yōu)化傳感系統(tǒng)的能量消耗,開發(fā)一種能量分布策略;

    ● 開發(fā)無線通信系統(tǒng),用于穿過噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的金屬機(jī)箱完成數(shù)據(jù)傳輸。


    為了驗(yàn)證所選的技術(shù)及智能傳感系統(tǒng),將會(huì)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行一系列零件及偏小軸承級(jí)別的試驗(yàn)。設(shè)計(jì)了一種用于偏小軸承試驗(yàn)臺(tái)的試驗(yàn)頭,來模擬噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的真實(shí)環(huán)境。本文重點(diǎn)研究了智能軸承傳感器組件的開發(fā)。首先,本文對(duì)現(xiàn)有的智能軸承技術(shù)進(jìn)行了綜述,討論了噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境中傳感系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)。之后本文描述了選擇傳感器的方法以及智能軸承的結(jié)構(gòu),最后給出結(jié)論。


    智能軸承技術(shù)綜述


    在過去的三十年中,在開發(fā)傳感軸承方面進(jìn)行了大量工作。最初,研究聚焦于將多個(gè)傳感器安裝在軸承上,用于測量能夠指示軸承狀態(tài)的參數(shù),而振動(dòng)、速度及溫度被認(rèn)為是對(duì)于軸承在線狀態(tài)監(jiān)測來說最重要的參數(shù)。隨后擴(kuò)展為包括負(fù)載及潤滑監(jiān)測。


    智能單元的安裝是開發(fā)智能軸承中的一個(gè)重要方面,最早將傳感單元安裝在軸承座上,發(fā)展為將傳感器嵌入軸承套圈中。市面上大多數(shù)軸承的傳感器是通過有線的翻新套圈系統(tǒng)連接的。這些軸承大多數(shù)可用于汽車及鐵路行業(yè),例如鐵路行業(yè)帶有集成傳感器的軸箱軸承單元待安裝的套筒?傊趥鞲休S承技術(shù)的開發(fā)方面已經(jīng)取得了巨大進(jìn)展。然而,直到目前為止,例如軸箱軸承、NSK運(yùn)動(dòng)與控制、主動(dòng)式傳感器軸承以及集成旋轉(zhuǎn)傳感器軸承等可用的商品數(shù)量仍然有限。研究的重點(diǎn)已由傳感軸承(有線傳感器單元)轉(zhuǎn)向智能軸承(自供能無線傳感系統(tǒng))。為了移除智能軸承在線監(jiān)測的電源,無線傳感系統(tǒng)與用于能量收集的自供能傳感器單元很受歡迎。然而,帶有自供能及無線傳感系統(tǒng)的智能軸承目前還在研發(fā)階段,至今還沒有商品面市。同樣,薄膜傳感器及MEMS的開發(fā),使研究的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移至將傳感器嵌入軸承的內(nèi)外圈中。大多數(shù)傳感及智能軸承技術(shù)的開發(fā)已經(jīng)應(yīng)用于鐵路及汽車行業(yè),但是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承得到的關(guān)注較少。傳統(tǒng)上,通過測量振動(dòng)及油-磨屑監(jiān)控來監(jiān)測噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承。本研究的目的是在現(xiàn)有的智能軸承技術(shù)知識(shí)及噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承操作條件的基礎(chǔ)上,開發(fā)用于新一代噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的集成智能軸承系統(tǒng)。


    開發(fā)噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)智能軸承面臨的挑戰(zhàn)


    如上所述,雖然已經(jīng)開發(fā)出在其他領(lǐng)域使用的智能軸承,但是由于存在一些重大挑戰(zhàn),目前仍沒有智能軸承可用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中。在本研究的初探階段,這些挑戰(zhàn)變得更加清晰,有助于辨別適用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的傳感器技術(shù)。


    噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承在高轉(zhuǎn)速(3000rpm-10000rpm)、高溫(>200℃)及高振動(dòng)(振動(dòng)>100g)狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)。此外,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)停留在所謂的熱浸回態(tài)中,將熱量儲(chǔ)存下來,即使發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作后也不能散熱,因而將軸承溫度升高到了250℃。


    為了模擬噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的環(huán)境,將在150℃到250℃范圍內(nèi)對(duì)軸承進(jìn)行計(jì)劃試驗(yàn)。這對(duì)于大多數(shù)現(xiàn)有的電子設(shè)備來說是一項(xiàng)重大挑戰(zhàn),因?yàn)樗鼈冎荒茉谧罡?0℃的環(huán)境中工作。找到適用于高溫環(huán)境的傳感器及相關(guān)技術(shù)是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)智能軸承開發(fā)過程中的主要障礙。90%以上的加速計(jì)都是為低于80℃環(huán)境中使用的設(shè)備設(shè)計(jì)制造的。


    第二大挑戰(zhàn)是主軸轉(zhuǎn)速高(3000rpm-10000rpm),因而產(chǎn)生了一個(gè)高振動(dòng)的環(huán)境,具有高振幅。這不僅為提高傳感器的耐久性增加了困難,而且為測量振動(dòng)及保持架轉(zhuǎn)速等數(shù)值提出了重大挑戰(zhàn)(詳見下文)。此外,為了模擬噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,試驗(yàn)臺(tái)上使用較小的軸承,因而將運(yùn)行至較高的轉(zhuǎn)速(25000rpm到30000rpm之間)來達(dá)到與噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)相似的節(jié)圓直徑。


    除了溫度限制之外,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)智能軸承要求低能耗,以便使用合適的能量收集技術(shù)完成無線電力與數(shù)據(jù)傳輸。在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)環(huán)境中還有進(jìn)一步限制,例如低能耗要求(導(dǎo)致機(jī)載數(shù)據(jù)處理及儲(chǔ)存受限),傳感器安裝空間較小,添加客戶要求后發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)不靈活,由于金屬碎屑堵塞而不能運(yùn)用磁性傳感器,以及不能使用光學(xué)傳感器(油的使用會(huì)阻礙光學(xué)性能)等。


    對(duì)于滿足高溫要求的傳感器來說,同樣應(yīng)該接受試驗(yàn),確保其能夠暴露在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的高溫(如180℃)潤滑油中。通常,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)使用燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)油和/或高熱穩(wěn)定性(HTS)油。這些油具有侵蝕性,在持續(xù)較長時(shí)間的高溫環(huán)境內(nèi)會(huì)對(duì)傳感器造成化學(xué)傷害。潤滑油還會(huì)損壞發(fā)動(dòng)機(jī)中傳感器的連接器和電纜。


    關(guān)于高溫,如果需要將傳感器粘附在軸承/軸承座上,必須選擇合適的膠或環(huán)氧基樹脂,因?yàn)榇蠖鄶?shù)粘合劑無法在高溫環(huán)境中使用。在使用之前還要檢驗(yàn)侵蝕性油環(huán)境對(duì)膠的影響。為了驗(yàn)證所選的傳感器及其連接器與電纜,在其集成到偏小型軸承試驗(yàn)臺(tái)之前,本研究對(duì)其在高溫潤滑油環(huán)境中進(jìn)行預(yù)試驗(yàn)。


    傳感器的選擇


    開發(fā)集成智能軸承中最重要的任務(wù)之一是認(rèn)真選擇適用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承操作條件的傳感器商用現(xiàn)貨(COTS)。最初,在安裝/嵌入軸承中的完全集成智能軸承開發(fā)出來以前,傳感器安裝于試驗(yàn)臺(tái)上的軸承座中。如上所述,考慮在智能軸承開發(fā)過程中采用能夠測量振動(dòng)、溫度、保持架轉(zhuǎn)速、主軸位移及載荷的傳感器。


    為確保為智能軸承選擇最適合的傳感器,采用如圖1所示的方法選擇了COTS傳感器。在航空航天工業(yè)中,為了降低成本,基于COTS傳感器的解決方案得到越來越多的關(guān)注。任何將要部署在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中的COTS傳感器都需要達(dá)到航空航天工業(yè)提到的高性能標(biāo)準(zhǔn)。傳感器的選擇基于從文獻(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)中獲取的軸承監(jiān)測的信息與知識(shí)、軸承設(shè)計(jì)、軸承環(huán)境及操作條件,以及其他要求。選擇的過程可以分為兩部分:a)對(duì)于正確方法及技術(shù)的鑒別;b)對(duì)于適用于現(xiàn)有技術(shù)的最合適的傳感器的鑒別。第一部分鑒別適用于對(duì)特定參數(shù)測量的技術(shù)。例如,測量軸承溫度的可用方法有很多,如熱電偶、MEMS技術(shù)等。對(duì)于這項(xiàng)應(yīng)用,選擇熱電偶而不選擇MEMS技術(shù)的原因是熱電偶不需要輸入電能,且能夠在很寬的范圍內(nèi)測量溫度;诘谝徊糠骤b別的技術(shù),第二部分聚焦于特定傳感器的選擇(建模與制造)。


    為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)智能軸承選擇能夠測量振動(dòng)、保持架轉(zhuǎn)速及載荷的傳感器,以下幾個(gè)分段提供了選擇的詳細(xì)情況。

     

    01
    振動(dòng)


    振動(dòng)監(jiān)測是軸承狀態(tài)監(jiān)測最重要也是最常用的方法之一,因?yàn)檎駝?dòng)監(jiān)測能根據(jù)軸承特定的特征頻率提供診斷信息,用于識(shí)別故障部件。甚至軸承配合面上很小的缺陷,如不及時(shí)檢測,也能導(dǎo)致軸承失效。根據(jù)幾何結(jié)構(gòu)、滾動(dòng)體數(shù)量及主軸轉(zhuǎn)速,滾動(dòng)軸承的缺陷會(huì)產(chǎn)生特定頻率?衫脜⒖嘉墨I(xiàn)16中給出的公式計(jì)算預(yù)期缺陷頻率。對(duì)這些頻率的檢測有助于預(yù)測噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的壽命。對(duì)于計(jì)劃的軸承試驗(yàn),已經(jīng)基于軸承設(shè)計(jì)與主軸轉(zhuǎn)速計(jì)算出預(yù)期缺陷頻率。這些計(jì)算為給試驗(yàn)軸承選定合適的傳感器提供信息。


    為了有效測量振動(dòng),應(yīng)把傳感器安裝在緊挨著接觸區(qū)域(靠近負(fù)載區(qū)域)的軸承上,在這一區(qū)域軸承的滾動(dòng)體直接接觸滾道。安裝傳感器的靠近負(fù)載區(qū)域同樣是噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的高溫區(qū)域,溫度可高達(dá)250℃。噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很快,導(dǎo)致缺陷頻率同樣很高。因此,充電模式加速計(jì)技術(shù)滿足要求,而位移及基于振動(dòng)的技術(shù)并不合適。


    除了對(duì)加速計(jì)溫度及頻率范圍方面的嚴(yán)苛要求,傳感器共振頻率也十分重要。對(duì)于要求的頻率范圍(>25kHz)來說,共振頻率必須至少是加速計(jì)操作頻率的兩倍或三倍。這意味著加速計(jì)的共振頻率至少為50kHz以上。加速計(jì)的共振及操作頻率與敏感度成反比,即:共振頻率越高,敏感度就會(huì)越低,反之亦然。在這種情況下,優(yōu)先考慮的是更高的共振頻率,因?yàn)槊舾卸瓤赏ㄟ^放大器輔助控制。


    在選擇傳感器過程中,安裝方法是另一個(gè)需要考慮的因素。為了確保將加速計(jì)在高振動(dòng)及高溫環(huán)境中牢固安裝在軸承上,僅螺栓和螺釘安裝傳感器適用。將加速計(jì)通過粘合安裝的方法粘貼在軸承上是不可行的,因?yàn)樗粌H會(huì)降低操作與共振頻率,而且還會(huì)充當(dāng)振動(dòng)衰減器。此外,處在高溫環(huán)境中,粘合能力會(huì)隨著時(shí)間衰減,無法滿足長期操作使用要求。


    按照選擇方法中定義的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)各種不同制造商提供的數(shù)百種COTS加速計(jì)進(jìn)行篩選,僅有八種傳感器滿足操作頻率、共振頻率及其它特征等要求。主軸轉(zhuǎn)速很快(25000rpm-30000rpm);因此,預(yù)期缺陷頻率同樣向著頻譜的更高一端發(fā)展。在諧頻為5與10的情況下,預(yù)期缺陷頻率分別為28kHz與56kHz。這些加速計(jì)的操作與共振頻率都分別大于15kHz與45kHz。已經(jīng)選定兩個(gè)共振頻率最高的加速計(jì),頻率分別為90kHz與100kHz。這兩個(gè)加速計(jì)的操作頻率均為20kHz。另外還有操作頻率高達(dá)30kHz的傳感器。盡管如此,給定的操作頻率比其他加速計(jì)高,但是共振頻率落在軸承缺陷頻率產(chǎn)生的諧頻中。因此,使用這種加速計(jì)不切實(shí)際,在試驗(yàn)中不會(huì)選用。


    02
    保持架轉(zhuǎn)速


    在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)中,軸承各部件轉(zhuǎn)速很快,滾道與滾動(dòng)體之間的滑動(dòng)會(huì)引起早期失效。配合面之間的相對(duì)滑動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量級(jí)的表面剪切應(yīng)力。對(duì)于高速轉(zhuǎn)動(dòng)中的軸承來說,滑動(dòng)會(huì)造成滾動(dòng)體實(shí)際轉(zhuǎn)速比理論值低;瑒(dòng)效應(yīng)無法通過振動(dòng)來監(jiān)測,但是可通過測量保持架轉(zhuǎn)速來進(jìn)行監(jiān)測。


    可用渦流、電容式傳感器、磁性及光學(xué)傳感器等非接觸方式測量保持架轉(zhuǎn)速。然而,由于一系列原因,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)惡劣的環(huán)境限制了磁性、電容及光學(xué)傳感器的使用,例如不允許將磁性部件放入空氣-油槽中,因?yàn)榇判詡鞲衅鲿?huì)聚集磨屑,造成危險(xiǎn)。光學(xué)傳感器無法做精確測量,因?yàn)楣庠谳S承潤滑油環(huán)境中會(huì)發(fā)生衍射和散射。電容式傳感器測量范圍有限,且潤滑油對(duì)測量精度有重大影響。


    渦流傳感器滿足所有關(guān)于測量噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承保持架轉(zhuǎn)速的要求,包括高溫、高轉(zhuǎn)速及發(fā)動(dòng)機(jī)軸承周圍可用空間等。通過計(jì)算每個(gè)球通過渦流檢測探頭的時(shí)間來測量保持架轉(zhuǎn)速。如圖2所示,每次球通過探頭時(shí),都會(huì)因磁場干擾而產(chǎn)生一個(gè)失真的方波。當(dāng)達(dá)到某個(gè)速率而生成脈沖時(shí),這個(gè)速率被稱為開關(guān)頻率,可通過利用球的數(shù)量乘以保持架轉(zhuǎn)速來計(jì)算。對(duì)于在偏小尺寸試驗(yàn)臺(tái)上的軸承來說,保持架轉(zhuǎn)速的理論值約為主軸轉(zhuǎn)速的一半,在12500rpm到15000rpm之間,球的數(shù)量為20。結(jié)果得出的開關(guān)頻率在250000到300000之間。測量如此高的開關(guān)頻率值對(duì)大多數(shù)COTS傳感器來說是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。結(jié)合其他需要考慮的因素,如溫度、探頭范圍及反應(yīng)時(shí)間、球的表面積及油浸,選擇一個(gè)適用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的渦流傳感器就變得具有挑戰(zhàn)性。



    空氣-油槽中軸承周圍的溫度可高達(dá)200℃。一個(gè)典型的渦流傳感器由連接電子元件的傳感單元構(gòu)成,其可承受80℃高溫。解決這一問題的方法是利用電纜將傳感單元與電子元件分離,但不幸的是,這樣會(huì)大幅減慢傳感器的反應(yīng)時(shí)間,降低開關(guān)頻率。大多數(shù)可在高溫中使用的渦流傳感器的開關(guān)頻率僅能達(dá)到幾百赫茲,而噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)保持架轉(zhuǎn)速測量的開關(guān)頻率大約為幾千赫茲。一種可能的解決方法是每個(gè)循環(huán)都在保持架內(nèi)施加一個(gè)渦輪傳感器可測量到的擠壓。然而,這基于更換現(xiàn)有噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承設(shè)計(jì)的可行性。


    渦流探頭的選擇往往基于其測量范圍、探頭面積及測量目標(biāo)的尺寸。同樣,測量范圍與探頭尺寸直接相關(guān),即:當(dāng)探頭尺寸增大時(shí),測量范圍同樣會(huì)增大,反之亦然。然而,對(duì)于給定的目標(biāo),推薦探頭尺寸小于或等于目標(biāo)尺寸(見圖2)。為使檢測最大化,測量目標(biāo)的形狀(例如保持架)最好是矩形(見圖2)。如果是球軸承,渦流探頭可見的表面積非常小,因此最好選擇偏小的探頭。然而,這樣轉(zhuǎn)而將縮小探頭的測量范圍。如果傳感器緊挨軸承安裝,則這一點(diǎn)可以調(diào)節(jié)。此外,高速轉(zhuǎn)動(dòng)的保持架可能出現(xiàn)小量級(jí)的軸向位移,這要求傳感器的安裝保持安全的距離,以免在運(yùn)行過程中與軸承發(fā)生接觸。


    結(jié)合選擇過程中所有的挑戰(zhàn),發(fā)現(xiàn)只有兩種渦流探頭滿足條件,并選擇用于智能軸承的開發(fā)。這兩種探頭將在偏小的軸承試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn),對(duì)其測量軸承保持架轉(zhuǎn)速的能力進(jìn)行評(píng)估。在項(xiàng)目的后期,同樣會(huì)探索特意設(shè)計(jì)的保持架的可行性。


    03
    載荷


    噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承在軸向與徑向上均承受載荷。對(duì)于軸承上載荷的實(shí)時(shí)監(jiān)控可幫助了解發(fā)動(dòng)機(jī)在復(fù)雜操作條件下的動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。通常利用測壓元件測量載荷,但是由于其質(zhì)量過重、尺寸過大,不具有實(shí)用性,因此不適用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承。因而在該應(yīng)用中選擇另一種替代的方法,通過利用應(yīng)變計(jì)測量固定軸承套圈的彈性變形來評(píng)估載荷。測量應(yīng)變的方法很多,其中有三種可能適用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的惡劣環(huán)境中,包括電阻應(yīng)變計(jì)、光線光柵及表面聲波裝置。光線光柵測量系統(tǒng)很大,需要大量能源支持運(yùn)轉(zhuǎn)。同樣,表面聲波傳感器需要進(jìn)一步開發(fā),以便能夠在噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)所處的惡劣環(huán)境中測量應(yīng)變。因此在本項(xiàng)目中選擇電阻應(yīng)變計(jì)來測量噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的應(yīng)變。


    為了測量外圈的彈性變形,建議直接將應(yīng)變計(jì)安裝在軸承(固定的)外圈上。應(yīng)變計(jì)應(yīng)安裝于軸承外側(cè),沿著次要的一側(cè)分別測量徑向與軸向應(yīng)變。在外圈上,應(yīng)變計(jì)暴露于高達(dá)250℃以上的高溫區(qū)域中。如上所述,應(yīng)選擇合適的膠(或粘合劑)來完成長時(shí)間的傳感。同樣,經(jīng)過一段時(shí)間之后,潤滑油的化學(xué)侵蝕性也會(huì)減弱粘合效果。因此,必須保護(hù)應(yīng)變計(jì)不受侵蝕性潤滑油的侵害。當(dāng)應(yīng)變計(jì)連接器之間出現(xiàn)油滲透情況時(shí),立即就會(huì)引起傳感器故障。


    此外,在操作過程中,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的外圈經(jīng)歷劇烈的溫度變化,應(yīng)變測量很大程度上依賴于其所在環(huán)境的溫度。為了獲得精確的應(yīng)變測量結(jié)果,必須應(yīng)用溫度補(bǔ)償?赏ㄟ^T型應(yīng)變計(jì)(見圖3)來實(shí)現(xiàn),通過建立板橋電路來測量差應(yīng)變。然而,由于軸承套圈(尤其是滾道一側(cè))上可用空間有限,這又帶來另一項(xiàng)挑戰(zhàn)。圖3表明,為測量徑向應(yīng)變,應(yīng)變計(jì)應(yīng)安裝在套圈外側(cè)。然而,計(jì)劃試驗(yàn)外圈的總寬度為5.5mm。考慮到所有的限制與要求,認(rèn)定只有兩種T型應(yīng)變計(jì)適用于試驗(yàn)軸承。這兩種應(yīng)變計(jì)的尺寸為5.6mm×5.6mm(矩形)×5.4mm(圓形)。


    結(jié)論


    通過初步研究,很明顯,噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)惡劣的環(huán)境為智能軸承的開發(fā)提出了巨大挑戰(zhàn)。其中兩個(gè)主要的挑戰(zhàn)——高溫及高轉(zhuǎn)速,還有許多其他的挑戰(zhàn)同樣限制了適用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的傳感器的選擇;谖墨I(xiàn)描述及行業(yè)經(jīng)驗(yàn)中的工作,選擇的噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)軸承監(jiān)測中最重要的參數(shù)是振動(dòng)、溫度、保持架轉(zhuǎn)速、主軸位移及載荷。利用一種方法論來選擇適用于航空軸承的傳感技術(shù)。經(jīng)過對(duì)COTS傳感器進(jìn)行綜合篩選之后,發(fā)現(xiàn)只有少數(shù)傳感器滿足要求。未來的工作將聚焦于在偏小軸承試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行試驗(yàn)之前,對(duì)選擇的傳感器在高溫及浸油環(huán)境中的預(yù)試驗(yàn)。


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