摘要：航空發動機是飛機的重點部件，因此對航空發動機各系統的監測技術研究也十分重要，但是我國的發動機監測技術一直落后于先進國家。靜電監測技術在航空發動機監測上的應用越來越多，因此對其了解與研究也必不可少。本文介紹了靜電監測技術的原理，并簡單較少了常見的航空發動機監測技術，最后對基于靜電感應的三種航空發動機健康監測技術進行了簡單介紹。

　　關鍵詞：靜電感應;航空發動機;健康監測

　　對航空發動機的監測工作十分重要且具有挑戰性，監測技術的落后也導致這項工作不能完美進行。航空發動機監測工作有兩個關鍵之處，第一，從發動機的眾多傳感器中收集數據并找出異常數據;第二，根據發動機系統的現狀預測出其使用壽命并規定合適的時間進行檢修工作。航空發動機的健康監測系統包含多個程序：傳感器、數據采集與分析系統、異常檢測程序、故障預測程序以及系統模型。健康監測系統代替了之前的計劃維修工作，讓航空發動機能夠定時進行維修，使航空發動機的運行更加安全。

　　一、靜電監測技術的原理

　　從現有資料來看，將靜電監測技術應用于航空領域的研究不多，主要集中于氣路、油路系統的監測研究。氣路監測主要是排查氣路系統部件中是否有異常顆粒物。氣路系統中的異常顆粒一般來自進氣道吸入物與系統部件摩擦碰撞、以及發動機非正常工作下產生的顆粒。氣路靜電傳感器一般在發動機尾部噴管，通過靜電變化來判斷發動機是否出現故障。而靜電的變化起源于發動機故障狀態產生的顆粒接觸或碰撞，或者高溫異常狀態所出現的電子發射以及固體斷裂帶電等情況。油路監測則主要探查發動機潤滑油路中由于進入異常顆粒且使極其受損進而造成的顆粒電荷，通過電荷水平的高低進行分析。顆粒形成的主要原因是極其部件之間的磨損與疲勞損傷，顆粒與機器系統之間的接觸、碰撞，系統內材料的分離以及雙電層分離則會造成電荷的出現與波動。

　　在靜電監測技術中所使用的傳感器主要有傳遞式與感應式兩種。傳遞式感應器的原理是將感應器直接置于監測環境中，需要與敏感元件和測量標的直接接觸。感應式傳感器則通過所攜帶的靜電敏感元件監測電荷的產生與變化，進而做出判斷。由于航空發動機的內部環境惡劣，傳遞式傳感器在其內部難以接觸測量標的，且航空發動機的系統部件結構復雜，安裝困難，因此常用感應式傳感器。

　　二、常見的航空發動機監測技術

　　科研工作者對航空發動機的狀態監測的研究成果很多，基本對發動機每一個部件的監測都有所涉獵，這些研究成果保證了發動機飛行過程中的安全運行。此處筆者將介紹幾種實踐中常用的監測技術與診斷方法。

　　(一)發動機氣路參數的健康監測與診斷技術

　　該方式的主要原理是根據航空發動機氣路系統部件性能變化所引起的物理參數變化進行判斷。航空發動機氣路系統故障大多是由于葉片摩擦碰撞、材料損耗等問題積累所產生的，因此采用偏差較小的方式將復雜的非線性方程轉化為線性方程能夠提高研究的精度與操作性。但是該方式也與許多不足之處，首先，在一系列系統參數中，可監測數據明顯少于不可監測數據，通過已知參數推斷未知參數又十分困難;其次，氣路系統的各種故障之間往往互相關聯，因此難以鑒別故障的具體類型;最后，在監測過程中有許多干擾信號，參數的準確度也難以把握。

　　(二)發動機轉子振動故障診斷技術

　　該技術的主要原理是通過監測發動機轉子系統產生故障時的振動及其差異對轉子系統的健康狀況進行判斷。發動機轉子系統的振動取決于多項因素，因此系統狀態監測以及故障診斷便更加困難。采用該技術進行故障診斷需要重點把握以下幾項內容：第一，把握各種故障類型的特點，并進行理性分析;第二，提高對故障特征參數的采集與提取精度;第三，積累故障判斷經驗，制作規則庫，開發智能診斷系統。

　　(三)發動機滑油磨粒狀態監測診斷技術

　　該技術的基本診斷方式是通過獲取并分析發動機的滑油中各種顆粒的數量、濃度、大小、類型等信息對發動機的油路系統進行判斷。學者較為重視的方法主要有光譜分析、鐵譜分析以及能譜分析。科學工作者目前主要的研究方向包括以下幾點：第一，提高樣本信息采集的效率與精準度，并致力于研發能在線監測并分析油樣的儀器;第二，通過大量數據分析實驗，建立資料庫，致力于研發出智能診斷系統;第三，實現綜合性診斷，提高診斷效率與診斷精度。

　　上述三種方式都是在發動機部件性能退化，系統出現故障并且情況已經較為嚴重時才能監測出結果。并不能對未知的故障進行預測，也無法滿足實時監測的需求。因此靜電感應監測技術才逐漸吸引了工作者的視線。

　　三、基于靜電感應的航空發動機健康監測技術

　　(一)基于氣路靜電顆粒的健康監測技術

　　在正常工作狀態下，發動機氣路中的靜電荷會保持在一個正常狀態下，但是當發動機氣路出現故障導致性能下降時，例如吸入外來物品、燃燒室或熱端組件燒蝕、材料剝落等情況，則會出現靜電荷異常的現象。根據以上原理，Stewart Hughes公司研究出了氣路靜電顆粒監測系統，用于檢測發動機的健康狀況。氣路靜電顆粒監測技術的應用主要集中在發動機吸入顆粒監測以及發動機尾噴顆粒監測兩方面。

　　在進行發動機吸入顆粒監測時，需要將一對軸向安裝的環狀金屬傳感器安裝在進氣道的上游位置。進行發動機尾噴顆粒監測時，則需要將紐扣式傳感器安裝在尾噴上，同時保持感應面與內部襯墊對齊。這個兩項監測一般同時進行，通過綜合兩項監測的數據來判斷發動機吸入物對發動機的危害程度以及發動機氣路故障的種類。

　　這兩項監測系統分別在20世紀80年代和90年代申請了專利，但是長期以來都被業界認為不夠成熟，直到現在也仍然存在不準確的問題。自20世紀末，這兩項技術在聯合攻擊戰斗機的發動機故障與健康管理臺架試驗中，也進行過少量的飛行實驗，由此看來，這種技術至少是可行的。

　　推薦閱讀：航空航天技術類的sci期刊