基于混合数学模型的气路静电传感器灵敏度特性分析

摘要

航空发动机气路颗粒物静电信号及变化规律的准确表征是实现气路静电传感器设计及静电信号监测的理论基础.针对目前静电感应数学模型简化条件不合理导致模型精度不高的问题,从棒状静电传感器结构分析出发,在推导侧面和上下底面感应电荷数学模型基础上,提出了静电感应混合数学模型,利用该数学模型对静电传感器静态和动态灵敏度进行了分析.分析结果表明,感应电荷与静电颗粒物的电荷量大小、空间位置、运动特性有关.传感器长度越长,过传感器底面投影中心方向静态灵敏度越强,在底面投影面内几乎相等;沿传感器轴线距侧面等距位置从上底面到下底面静态灵敏度先逐渐增大,然后趋于平稳,最后再减小;传感器底面直径越大,经过传感器底面投影中心方向的静态灵敏度越大;不同速度的颗粒在荷电量一致的前提下,其产生的感应电荷幅值相同,速度越快的颗粒输出信号频带越窄.运动速度快的颗粒产生的感应电荷多,其产生的感应电荷变化率的幅值随着颗粒速度的增大而增大.这将为航空发动机气路静电传感器结构优化设计和部件故障诊断提供理论基础.