航空发动机预测与健康管理.pdf

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《航空发动机预测与健康管理》与工程实践结合较紧密,汇集了国内外相关行业技术标准、技术报告以及应用方面的最新成果,介绍的综合监控技术已在我国的有关机种上推广应用,对于指导理论研究和工程实践具有较大参考价值。

目录
第1章绪论
1.1基本概念
1.1.1预测与健康管理
1.1.2发动机故障分类
1.1.3战术技术指标
1.1.4指标间关系
1.2航空发动机PHM研究内容
1.2.1军用涡扇发动机简介
1.2.2航空发动机典型故障
1.2.3航空发动机PHM设计指导思想
1.2.4航空发动机PHM研究体系与方法
1.3航空发动机PHM技术现状
1.3.1航空发动机PHM技术背景
1.3.2国内外研究现状
1.3.3航空发动机PHM技术挑战
1.4本书章节安排
参考文献
第2章总体设计考虑
2.1用户要求分析
2.1.1航空发动机健康管理用户
2.1.2航空发动机健康管理系统设计流程
2.1.3用户要求与战术技术指标
2.1.4诊断指标体系
2.1.5预测指标体系
2.2设计方法
2.2.1基于可靠性分析的设计方法
2.2.2规范化设计方法
2.2.3基于功能的设计方法
2.2.4功能失效和风险分析
2.2.5 系统测试性设计
2.2.6 系统分析和优化
2.3功能架构
2.3.1基本原理
2.3.2发动机机栽健康管理
2.3.3工作状态
2.3.4计算主体
2.3.5软件
2.3.6机载模型
2.3.7部件寿命使用估计
2.3.8发动机健康管理系统设计
2.3.9支持分层设计
2.4硬件架构
2.4.1 系统架构部件
2.4.2 系统架构特性
2.4.3 系统架构高级概念
参考文献
第3章传感器
3.1传感器通用要求
3.2主动控制传感器要求
3.2.1主动进气道流动和噪声控制
3.2.2主动风扇和压气机控制
3.2.3主动燃烧控制
3.2.4主动涡轮控制
3.2.5主动喷管控制
3.3智能控制和健康管理用传感器要求
3.3.1分布式控制
3.3.2机载状态监视
3.3.3技术挑战和传感器需求
3.4传感技术现状
3.4.1传感原理
3.4.2传感器现状
3.5新型传感技术和发展路线图
3.5.1新型传感原理
3.5.2新型传感器
3.5.3未来传感器发展路线图
3.6传感器列装前需考虑的问题
3.6.1性能因素
3.6.2物理因素
3.6.3环境因素
3.6.4安全性和可靠性因素
3.6.5支持分层设计
3.6.6经验教训
3.7传感器选择方法
参考文献
第4章诊断与预测
第5章技术成熟度、验证与认证
第6章专用故障预测技术
第8章基于PHM的航空发动机维修保障
第9章典型航空发动机PHM系统案例
第10章航空发动机综合监控方法及外场应用
第11章航空发动机PHM初步设计
第12章附录

文摘
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1.MEMS技术
MEMS具有小型化、带冗余可靠性高、费用低以及适用于智能传感器开发等优点,与常规的压阻、压电、电容和感应式传感原理一起使用,MEMS可作为开发、探索新型传感器的基础。此外,气体色谱法、质谱分析、电离场、红外傅里叶变换、表面声波、气体分子吸收阻抗调制等传感技术可用于开发芯片级气体分析仪。
MEMS使得智能传感器的开发成为可能。当前MEMS传感器采用硅作为基底材料,也是电路的沉积材料。由于硅结注入在高温状态下需要移入到基底材料更深的地方,使得硅电路的工作温度边界一般低于250°C。
1)硅一绝缘体(SoI)
硅一绝缘体技术基于标准的CMOS,其扩散受绝缘层限制,且节点杂质在高于2500C温度下不能深入基底。由于基底只有几十或几百纳米厚,阻止了活性成分的深入扩散,这使其能够在高达3000C环境下工作。但是,当温度超过300。C时,载流子开始在横向出现,使得晶体管/——极管节点无法继续使用。目前,已有用于高达300℃高温环境下测量压力的传感器。
2)碳化硅(SiC)
碳化硅与硅使用类似的CMOS技术,但是半导体碳化硅能够耐受500°C高温。目前还没有支撑集成传感器的碳化硅电路的平面制造技术。因此,开发商用水平的平面碳化硅电路技术有重大意义,预测此类技术将在2015年前达到原型水平。碳化硅电子器件有望能够耐受近600°C高温,长时间耐温高达450°C。可以预见,在5年~7年内,碳化硅的表面制造技术将会成熟,成功开发出复杂电路和补偿器,并能够在航空发动机环境下可靠工作。碳化硅技术受限于600°C的工作环境。
3)碳氮化硅(SiCN)
碳氮化硅技术与硅一绝缘体、碳化硅具有不同的技术原理,由于SiCN不是半导体而是一种耐高温的陶瓷材料。该项技术才开始起步,对于开发高于800°C的高温传感器具有非常大的潜力。在航空发动机分布式控制概念下,传感器需要在高达1700℃的高温环境下工作,而SiCN的内在特点使其能够耐受1700℃高温而不发生软化,因此,在适合这种材料的传感原理支撑下,就可以用于制造出高温传感器。当前已有很多关于SiCN硬、脆陶瓷制造工艺的研究,例如采用高温分解循环过程使得SiCN可从硅热固树脂聚合物中制造得到。这项工艺也可以实现聚合物和陶瓷的准确成形。此外,很多研究工作还致力于对温度循环进行优化以使厚度层可控且无应力。除传感技术之外,调理电路也需要达到硅传感器的制造水平才行。预计10—15年后,这项技术会进入到商用领域。

内容简介
《航空发动机预测与健康管理》作者长期致力于我国航空发动机监控及故障诊断的研究和实践,在发动机故障诊断和预测领域积累了大量经验;同时,又长期跟踪国外航空发动机预测与健康管理的学术和技术发展,结合科研实践撰写了这本书。《航空发动机预测与健康管理》较全面地总结分析了国内外在该领域的研究现状和发展趋势,包括预测与健康管理系统设计中的要求分析、经验总结和技术实现,并对其中的关键技术进行了深入阐述。

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