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气路静电传感器传感分析及应用研究

作　者: 王华
导　师: 左洪福
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 发动机气路监测 颗粒荷电 静电传感器 有限元分析 空间灵敏度 频率响应特性
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


航空发动机气路静电监测技术是一项新的监测技术,它是根据发动机尾气中电荷水平的变化来实现对气路部件状态的监测。静电传感器敏感元件是整个气路静电监测系统的前端,是获取被测参数的基本环节。本文针对开发发动机气路静电监测技术的需要,对发动机气路颗粒荷电机理以及静电传感器的传感特性展开了研究。本文的主要研究内容为:(1)在综合分析了发动机气路颗粒荷电机理以及荷电颗粒与静电传感器理论模型的基础上,基于点电荷的思想,建立了探针式静电传感器的数学模型,该模型将传感器敏感元件的几何形状、材料特性等因素考虑在内。(2)利用大型有限元分析软件ANSYS对静电传感器敏感元件静电场进行了数值求解,获取了静电传感器敏感元件的空间灵敏度分布,对灵敏度的主要影响因素进行了仿真分析。此外对静电传感器敏感元件的空间滤波特性进行了研究,系统地推导了静电传感器输出信号的频率响应特性,并对传感器进行了动态实验研究。(3)构建了气路状态监测模拟实验平台,通过两个实验分别模拟燃烧室产生大量碳烟颗粒和碰摩故障产生金属颗粒物的情况,实验表明静电传感器能有效地监测到异常颗粒,验证了该静电传感器用于气路状态监测的有效性,为进一步研究机载化发动机气路静电监测技术提供了依据。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 引言  12-13
  1.2 发动机气路静电监测技术的发展与应用  13-14
  1.3 静电感应测量技术的研究  14
  1.4 本文的内容安排  14-16
第二章 发动机气路颗粒荷电机理分析  16-26
  2.1 颗粒特性及其荷电机理  16-18
    2.1.1 荷电方式及其机理  16-17
    2.1.2 颗粒荷电特性的影响因素  17-18
  2.2 航空发动机气路荷电分析  18-22
    2.2.1 发动机燃烧室及其工作过程  18-19
    2.2.2 正负离子的形成过程  19-22
    2.2.3 碳烟颗粒形成和荷电机理  22
  2.3 燃烧产物的化学动力学模型  22-24
  2.4 气路静电荷水平  24-25
    2.4.1 气路静电荷水平的组成  24-25
    2.4.2 气路静电荷水平影响因素  25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 静电传感器原理及测量模型  26-34
  3.1 静电传感器的基本原理与种类  26-28
    3.1.1 静电传感器测量原理  26-27
    3.1.2 静电传感器的种类和特点  27-28
  3.2 静电传感器的测量模型  28-33
    3.2.1 静电传感器理论测量模型的研究现状  28-31
    3.2.2 本文的静电传感器测量模型  31-33
  3.3 本章小结  33-34
第四章 静电传感器敏感元件有限元仿真  34-55
  4.1 静电传感器敏感元件静电场的有限元分析  34-38
    4.1.1 有限元技术及有限元分析软件  34-35
    4.1.2 静电传感器敏感元件的有限元模型  35-38
  4.2 静电传感器敏感元件传感特性分析  38-49
    4.2.1 静电传感器敏感元件空间灵敏度特性分析  38-40
    4.2.2 静电传感器敏感元件灵敏度分布特性影响因素分析  40-43
    4.2.3 静电传感器敏感元件空间滤波特性效应  43-47
    4.2.4 静电传感器敏感元件频率响应特性  47-49
  4.3 静电传感器系统动态特性及其标定实验  49-54
    4.3.1 静电传感器等效电路  49-50
    4.3.2 静电传感器输出信号及频率响应特性  50-51
    4.3.3 静电传感器系统动态标定实验  51-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章 发动机气路静电监测系统及模拟实验  55-61
  5.1 发动机气路静电监测系统原理及组成  55-56
    5.1.1 发动机气路静电监测系统原理  55
    5.1.2 发动机气路静电监测系统构成  55-56
  5.2 模拟实验装置及实验  56-60
    5.2.1 模拟实验装置  56-57
    5.2.2 实验方法与结果分析  57-60
  5.3 本章小结  60-61
第六章 总结与展望  61-62
参考文献  62-66
致谢  66-67
在学期间的研究成果及发表的学术论文  67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器
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