小推力航空发动机可以借鉴大型发动机的研究成果和试验条件,但并非是大型发动机的缩型,因而有它自身独特的设计和制造技术,需要考虑的设计要求包括:小尺寸效应、低雷诺数对压力机影响、低成本要求、高速转子的稳定性等。
普渡大学研究人员将该叶片振动监测系统,形容为一种新型“监听”系统。该振动监测系统,通过监测发动机转子振动的声音,检测出燃气涡轮发动机叶片可能失效的早期信号。其关键的挑战是如何滤除所有噪音,并只听叶片振动产生的声音。
普渡大学工程学院的研究人员Yuyu Leng表示,这一叶片振动监测系统,通过使用多个非恒定压力传感器来监听燃气涡轮发动机叶片振动的特定声音特征。燃气涡轮发动机的叶片通常阻尼很小,可像音叉一样工作。它们产生共振时,具有特定的频率或音调,因此可使用多个不稳定压力传感器,来检测与叶片振动相关的压力波。
普渡大学机械工程学教授Nicole Key称,借助传感器和大数据分析,叶片振动信息可用于预测可能的发动机故障并优化预防性维护计划,这项技术具有巨大的潜力,可用作航空发动机和发电用燃气轮机的实时叶片振动健康监测系统。
特别是,目前,压力传感器阵列现已被安装于大多数研究和商用燃气涡轮发动机中。因此,这种新方法能够同时测量和监视叶片振动,从而提供了一种成本更低,效率更高的解决方案。
普渡大学工程学院的研究人员Yuyu Leng表示,这一叶片振动监测系统,通过使用多个非恒定压力传感器来监听燃气涡轮发动机叶片振动的特定声音特征。燃气涡轮发动机的叶片通常阻尼很小,可像音叉一样工作。它们产生共振时,具有特定的频率或音调,因此可使用多个不稳定压力传感器,来检测与叶片振动相关的压力波。
普渡大学机械工程学教授Nicole Key称,借助传感器和大数据分析,叶片振动信息可用于预测可能的发动机故障并优化预防性维护计划,这项技术具有巨大的潜力,可用作航空发动机和发电用燃气轮机的实时叶片振动健康监测系统。
特别是,目前,压力传感器阵列现已被安装于大多数研究和商用燃气涡轮发动机中。因此,这种新方法能够同时测量和监视叶片振动,从而提供了一种成本更低,效率更高的解决方案。
此外,在不同的应用领域,对小推力发动机的技术要求也不同。对无人战斗机动力装置,主要要求其工作包线宽广,加、减速性能好,巡航耗油率低(≤0.8kg/daN·h),隐身性能好;对长航时无人机,尤其是高空长航时无人机动力装置,则要求其耗油率低(≤0.6kg/daN·h),寿命长(≥3000h),飞行范围广,高空特性好;小型低空无人侦察机动力装置功率小,但要求其质量小,加工成本低。
智能传感器可通过自动校零去除零点,与标准参考基准实时对比自动进行整体系统标定、非线性等系统误差的校正,实时采集大量数据进行分析处理,消除偶然误差影响,从而保证智能传感器的高精度;
智能传感器具有的高性能,不是像传统传感器技术那样通过追求传感器本身的完善、对传感器的各个环节进行精心设计与调试、进行“手工艺品”式的精雕细琢来获得的,而是通过与微处理器/微计算机相结合,采用廉价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的,所以具有较高的性能价格比。
智能传感器具有的高性能,不是像传统传感器技术那样通过追求传感器本身的完善、对传感器的各个环节进行精心设计与调试、进行“手工艺品”式的精雕细琢来获得的,而是通过与微处理器/微计算机相结合,采用廉价的集成电路工艺和芯片以及强大的软件来实现的,所以具有较高的性能价格比。
目前,在非航空领域中应用的航空发动机大都指的是航空燃气涡轮发动机,像涡喷发动机、涡扇发动机、涡桨发动机、涡轴发动机等。由以上航空发动机改型的轻型燃气轮机可以用作舰船、坦克装甲车辆、无人车等提供动力,也可以用来发电,以及应用在天然气和石油输送等领域。
据悉,上述技术的临时专利已通过普渡大学研究基金会技术商业化办公室提交。研究人员正在寻找合作伙伴,以进一步测试其技术并将其商业化。另外,该技术的研发还得到了GUIde联盟的部分支持,该联盟包括美国几乎所有主要的燃气涡轮发动机公司。
航空发动机该轻型燃气轮机动力涡轮输出的功率带动发电机或油泵,则可以成为地面电站或泵站的动力,即工业燃气轮机;带动舰船的螺旋桨就成为船用燃机;基于不同的燃气发生器原理,可以得到不同的发动机。
由于智能传感器具有数据存储、记忆与信息处理功能,通过数字滤波等相关分析处理,可去除输入数据中的噪声,自动提取有用数据;通过数据融合、神经网络技术,可消除多参数状态下交叉灵敏度的影响;
目前,中国军用无人机发动机主要以航空活塞发动机为主,涡轮发动机(包括涡轴、涡桨、涡扇、涡喷)受限于国外对中国技术出口限制,中国在无人机用涡轮发动机领域在2018年以前仍基本处于空白区,尤其在涡扇/涡喷发动机领域。
智能传感器具有判断、分析与处理功能,它能根据系统工作情况决策各部分的供电情况、与高/上位计算机的数据传输速率,使系统工作在最优低功耗状态并优化传输效率。
无人机应用小型涡扇/涡喷发动机,相对比活塞发动机,拥有更大的推重比、更快的速度、更高的飞行高度,未来中国发展察打一体无人机,小型涡扇/涡喷发动机不可或缺。
智能传感器能自动补偿因工作条件与环境参数发生变化而引起的系统特性的漂移,如环境温度、系统供电电压波动而产生的零点和灵敏度的漂移;在被测参数变化后能自动变换量程,实时进行系统自我检验、分析、判断所采集数据的合理性,并自动进行异常情况的应急处理;
2018年11月,中国航发在珠海航展上展示了AEF50E涡扇发动机、AEP50E涡桨发动机、AEF20E涡喷发动机等3款可用于无人机的发动机,旨在填补我国急需的无人机动力空白。