机载电子设备与仪表第一章

第一章发动机状态参量与仪表发动机是飞机的动力装置，测量发动机工作状态的仪表称为发动机仪表；发动机燃油压力、滑油压力、喷气温度、滑油温度、涡轮轴或曲轴转速、燃油油量、燃油流量及发动机振动量等参数的测量；本章分为压力的测量、温度的测量、转速的测量、油量的测量、振动的测量、流量的测量以及EICAS系统。第一节压力的测量定义：液体或气体介质垂直作用在物体单位面积上的力称为压强，在工程技术中一般称为压力。绝对压力。相对压力、大气压力、真空度的关系；航空上常用的几种压力单位制：工程大气压、毫米液柱、镑力/平方英寸、巴、帕斯卡（国际单位制）一、机械式压力表（1）膜盒式压力表以真空膜盒、开口膜盒为弹性敏感元件的压力表。在被测压力的作用下，膜盒产生位移，经过放大传动机构带动指针指出被测压力大小。真空膜盒式压力表可以测量绝对压力；开口膜盒式压力表可以测量相对压力。膜片和膜盒膜片是具有同心波纹的圆形金属片，它是将小压力变换为位移的元件。膜盒是由两片波纹膜片焊合而成的。膜盒的特性包含在膜片特性之中。把膜片的周围固定，膜片的一面受压力P作用后，产生变形。这种变形一方面是膜片向上弯曲，另一方面是膜片的波纹展平，于是膜片上各点都产生向上的位移。一般均用膜片中心的位移x来代表膜片的变形。膜片变形示意图及膜片参数一、机械式压力表（续）（二）百分比推力表测量轴流式涡轮喷气发动机推力，根据仪表的指示可以推算出发动机的功率。工作原理：将静压通入开口膜盒的外腔，将排气总压通入开口膜盒内腔，开口膜盒在二者压差的作用下产生位移通过传动臂盒齿轮机构使指针指示出百分比推力。刻度是以发动机最低正常性能条件下飞机起飞最小推力值作为100％来标定。二、电气式压力表（1）直流二线式压力表由传感器和指示器两部分组成。传感器是将感受到的压力变化转换为电信号输出。指示器是一个动铁式电流比值表，其作用是将传感器送来的电信号转换为电流比值，使指针指示。指针指示的数值，取决于两线框电流的比值，线框的电流又取决于电刷在电阻上的位置，电刷的位置受流体压力的操纵，所以，指针指示的数值随流体压力的大小而变化。图1-1-3直流二线式压力表二、电气式压力表（续）（二）交流二线式压力表由传感器和指示器两部分组成。传感器主要由感受压力的膜片和将位移转换为电感的转换器组成。指示器与直流二线式压力表相似，只是多了一对锗整流器。基本原理：利用膜片感受流体压力作用后的变形，来改变活动衔铁与固定铁心之间的相对位置，即改变固定铁心上两个线圈的感抗，从而改变指示器中两个线框的电流比值，使指针指示出相应的压力。图1-1-4交流二线式压力表（三）、交流感应式压力表当被测压力变化时，传感器内的衔铁位置发生变化，线圈的感抗发生相应变化，指示器中两线圈的电流随之变化，一个工作电流变大，铝盘的涡流转矩变大；另一个工作电流变小，铝盘的涡流转矩变小。指针轴在两转矩差作用下转动。两铝盘转动的同时改变了自身的有效半径，当两铝盘转矩相等时，系统进入新的平衡位置，指针指出压力变化后的数值。图1-1-5交流感应式压力表原理电路图1-1-6感应式流比计第二节温度的测量温度是一个很重要的参数，在飞机上了解发动机的工作状况，需要测量喷气温度或气缸头温度；为了了解发动机润滑情况，需要测量滑油温度。此外还有大气温度、座舱温度、防冰温度等。一、高速气流温度的测量（一）高速气流的全受阻温度和动力温度飞机以高速度在空中飞行，就相当于飞机不动而气流以同样的高速度流过飞机，这就是高速气流。这股气流的温度就是高速气流的温度，也就是当地当时的大气温度（也称为静温）。用感温元件感受高速气流温度时，气流和感温元件发生激烈的碰撞和摩擦，使流过感温元件表面的气流由于受到阻滞和摩擦，产生大量的热，从而使感温元件所感受的温度高于气流温度。一、高速气流温度的测量（续）气流速度降到零的那点称为全受阻温度，也称总温，气流因受阻而升高的温度成为动力温度，它等于全受阻温度与气流的静温之差。还可以用气体附面层的特性来测量全受阻温度。在距离感温元件表面一定的距离上，气流速度才等于迎面高速气流温度，这一薄气层成为附面层。附面层内的各层气流之间存在速度差，形成内摩擦，产生大量的热，使紧贴感温元件表面的气流温度上升，接近全受阻温度。一、高速气流温度的测量（续）温度与马赫数M之间的关系测出气流的全受阻温度和气流的M数，即可以计算出气流的静温。（二）测量高速气流温度的感温元件阻滞型：利用气流正面冲击而感受全受阻温度分为热电式感温棒和全温探头两种；音速型：利用气流的内摩擦而感受全受阻温度拉瓦尔管。一、高速气流温度的测量（续）1、热电式感温棒热电式感温棒所感受的温度，一部分被气流带走，一部分通过传导、辐射等形式散失掉。因此，热电式感温棒所感受的动力温度，实际上总要小于真实的动力温度。2、拉瓦尔管：当流入管子的气流速度达临界M时，喉部便有M＝1的流速，当流入管子的气流速度超过临界M时，喉部仍有稳定的M＝1的流速，在超音速情况下，拉瓦尔管头部产生正激波，激波后的气流速度都是亚音速，而且都大于临界M数，因此，喉部仍有M＝1的流速。3、感温元件的时间常数(如何测得？）全温探头大气总温探头（TAT）测量飞机外面的大气温度。传感器开放的前端使空气流经并环绕感应组件并从探头后部的口排出。感应组件在TAT探头内有两个感应组件。感应组件是一个电阻组件。当流经该组件的空气流温度变化时，电阻值改变。图1-2-4拉瓦尔管大气总温的显示：（a）传统指针式（b）数字式（c）LCD（d）CRT一、高速气流温度的测量（续）（三）排气温度表1、工作原理排气温度表是测量喷气发动机排气温平均值的仪表。由热电式感温棒、连接导线和指示器三部分组成。指示器实际上是以温度值刻度的磁电式毫伏表。2、温度误差及其补偿（1）温度方法补偿（2）温度构造误差及其补偿游丝图1-2-6排气温度表结构双金属螺旋弹簧二、低速流体温度的测量发动机的滑油温度、燃油温度以及座舱温度等，都属于低速流体温度的测量。低速流体温度常采用导体或半导体电阻为感温元件。低速流体测温常采用导体或半导体电阻为感温元件，温度表的测量电路多用电桥实现。最常用的式双对角线不平衡电桥和惠斯通电桥。图1-2-9低速流体温度的测量第三节转速的测量测量发动机曲轴或涡轮轴转速的仪表，称为发动机转速表。根据转速表和进气压力表的指示，可以了解活塞式发动机的功率；根据转速表和喷气温度表的指示，可以了解涡轮喷气发动机的推力。目前常用的是磁转速表。一、磁转速表的工作原理包括四个工作过程：传送、感受、转换和指示四个环节。传送：由三相交流发电机和同步电动机组成，传送曲轴或涡轮轴的转速到感受环节中；感受：由磁铁和涡轮盘组成，根据转速大小产生相应的涡流电磁力矩；转换：由涡轮盘和游丝组成，将涡流电磁力矩转换为角度；指示：由指针和刻度盘组成。一、磁转速表的工作原理（续）磁转速表各环节联动工作过程如下：发动机工作时，发动机转子转动，同步电动机的转子和感受环节中的磁铁同步转动，于是，涡流盘上产生涡流电磁力矩，在该力矩的作用下，涡流盘转动，涡流盘转动的同时，游丝变形而产生反作用力矩，游丝反作用力矩与涡流电磁力矩平衡时，涡流盘停止转动，指针在刻度盘上指出相应的转速。二、磁转速表的指示公式kRpnrlB15222指针转角与转速成正比，与磁感应强度的平方成正比，与涡流盘电阻和游丝弹性刚度成反比；在温度不变的条件下，磁感应强度、涡流盘电阻、游丝弹性刚度均为常数，指针转角只与转速有关。因此，指针转角的大小可以表示转速的大小。由于指针转角与转速成正比，所以，磁转速表的刻度是均匀的。第四节油量的测量通过测量油面高度的方法来达到测量油量的目的。目前主要采用两种法：一是“浮子”式油量表，将油面的高度转换为浮子的位移；二是电容式油量表，利用电容器将油面高度转换为电容量的大小。一、浮子式油量表基本原理由传感器和指示器组成。其中传感器包括浮子、传动机构和电位器，指示器是电磁动框式流比计。油箱中油量变化时，浮子感受油面位置并转化为位移，经传动机构变为电位器电刷在电阻上的位移，从而改变动框式流比计两线框电流的比值，使两个活动线框转动，活动线框上的指针就指出相应的油量值。工作原理浮子电刷剩油警告灯R1R2R3R4R5RxRyRmⅠⅡ浮子式油量表基本原理平衡条件：2112llII（三）总油量表能同时测量全部油箱总油量和各组油箱分油量的油量表，简称为总油量表。它是由数个传感器、一个指示器和一个转换电路组成的。每个油箱需要一个传感器，相互串联即可。R1R2R3R4R5RmⅠⅡR6R7ⅠⅢⅡ测第二组油箱油量的原理电路二、电容式油量表（1）工作原理利用电容式传感器将油面高度转换为电容，再用自动平衡电桥测量电容以表示相应的油量。对于具有等横截面的油箱，传感器电容量的增量与油量成正比，指示器的刻度是均匀的；对于横截面不等的油箱，油面高度与油量不成正比，传感器电容量的增量与油量不成正比，指示器刻度不均匀。二、电容式油量表（续）电阻－电容式自动平衡电桥油量是根据电桥的平衡状态来指示的，平衡条件如下：变压器式自动平衡电桥120RRRCCx平衡图1-4-6电阻-电容式自动平衡电桥图1-4-7变压器式自动平衡电桥第五节振动的测量振动会导致轴承磨损加剧、零部件疲劳损伤、发动机寿命缩短、飞机结构强度减弱和噪声增大等不利影响。一、振动指示参数发动机振动是一种机械振动。所谓机械振动就是指物体相对于参考位置周期性运动的现象。测量机械振动量就是要指示或记录出物体周期性运动中相对于参考位置的位移、速度或加速度。设发动机相对于惯性空间的周期运动为简谐振动，那么简谐振动的振幅、速度幅值和加速度幅值在相同角频率下三者成正比关系，相位上速度超前位移，加速度又超前速度发动机测振时，大多数采用振幅S或振动载荷系数作为指示参数。振动载荷系数就是振动加速度与重力加速度的比值。2/2/图1-5-1惯性式振动传感器二、测振原理(一)、速度式测振传感器：对于软弹簧、大质量的测振传感器，当外壳振动时，弹簧来不及传递外壳的运动，在理想情况下质量块相对惯性空间保持静止。传感器壳体相对于惯性空间的振动速度等于质量块相对于壳体的振动速度。只要测出质量块相对于壳体的运动速度幅值，就可以代替发动机相对于惯性空间的振动速度的幅值。永久磁铁线圈线圈弹簧BV二、测振原理（续）（二）加速度式测振传感器质量块较小、弹簧刚度较大的传感元件，在传感器自振频率很高时，质量块相对外壳体运动的位移振幅值与壳体和发动机振动加速度幅值成正比。可以认为当外壳振动时，质量块将与外壳一起振动，振动加速度正比于外壳的振动加速度。只要测出质量块相对于壳体的振动加速度，即可测量发动机相对惯性空间振动的加速度。压晶片质量块壳体a第六节流量的测量流量是指某瞬时单位时间内流过管道某一截面处流体的体积数或质量数。前者为体积流量，后者为质量流量。测量流量的仪表称为流量表，测量总量的仪表称为计量表。一、涡轮流量计是通过测量安装在导管中涡轮的转速间接测量流速体积的一种速度式流量计。流量信号是通过磁电式转换器的装置来转换的。涡轮流量计由涡轮流量传感器和显示仪表两部分组成。涡轮流量传感器由导流器、涡轮和磁电转换器等组成。导流器在导管中固定地安装在涡轮的前、后部，利用其叶片使流体流束平行于轴线方向流入涡轮。流量显示器的基本原理是测量频率。二、质量流量计流量的质量可以通过直接或间接的方法进行测量。直接测量质量流量的流量计它的测量元件将直接感受质量流量，如角动量式、热式质量流量计等。而间接测量质量流量计则是通过测定流体体积、密度等参数，经过计算得到流体质量的方法。由于微型计算机的出现，间接测量的方法被广泛采用。第七节发动机指示与机组告警系统（EICAS）发动机指示系统（EIS）（B737-300）几个专业术语：EGTExhaustGasTemperature排气温度N1LowPressureRotorSpeed低压转子转速N2HighPressureRotorSpeed高