一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器

本发明涉及减振器，具体是一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器。

背景技术：

1、航空发动机作为机身上的动力总成和主要振源，由于航空飞机特殊的工作地点和周边环境，为保障乘客、机组人员和重要仪器的安全及稳定工作，对减振器的性能有较高的要求，需要在升空前和飞行中保证减振器的稳定工作，并对航空发动机状态实时监测。当金属橡胶隔振垫隔振性能下降时，就需要将其拆下，对其进行相关隔振性能的实验以及内部结构的电镜观察，依据验证实验结果判断是否需要更换新的隔振垫，隔振垫拆装及检测过程费时费力，导致人工及时间成本的浪费，特别是一些极端环境下，并不方便时刻关注金属橡胶的减振性能动态。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的问题，针对金属橡胶垫性能检测难度大，无法从外部直接获取其状态参数，但又需要定期监测金属橡胶的减振性能与疲劳寿命的工程实际问题，提出一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，能够在正常工作中定期检测金属橡胶垫的状态，从而大幅简化金属橡胶的检测流程，保证减振效果时刻满足工况需求，降低人工检测频率，在减振效果基本不改变的条件下，实现自动化状态诊断及航空发动机振动实时监测。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，包括上部顶杆、金属橡胶减振垫，所述上部顶杆的底端与金属橡胶减振垫的顶端抵接，所述金属橡胶减振垫具有均匀的磁性，且金属橡胶减振垫的磁感应强度与金属橡胶减振垫的密度成等比变换关系，所述金属橡胶减振垫的外侧套设有感应线圈，所述感应线圈与感应电动势测试模块连接，由感应电动势测试模块将所测得的感应电动势输入监测系统，由监测系统指导执行器产生报警信号，所述监测系统内预设感应电动势报警阈值范围，当测得的感应电动势处于正常工作范围外时，执行器中的报警器工作；当感应电动势处于正常工作范围内时，报警器不工作，由感应电动势测试模块实时测量的感应电动势表征减振垫承接的振动激励，实现动力机械振动激励的实时测取。

4、优选的，所述金属橡胶减振垫、感应线圈均安装在外壳内，所述外壳包括上端盖、下端盖，所述上端盖与下端盖可拆卸连接，所述上端盖与下端盖之间设有密封衬垫，所述上端盖上设有与上部顶杆相适应的贯穿孔，所述下端盖内设有与感应线圈相适应的线圈安装架，所述金属橡胶减振垫位于线圈安装架的内侧。

5、优选的，所述线圈安装架采用高导热性能材料制造而成。

6、优选的，所述金属橡胶减振垫为均匀分布有磁粉的圆柱型金属橡胶垫。

7、优选的，所述执行器包括报警灯、蜂鸣器和报警记录器，当测得的感应电动势处于正常工作范围外时，以报警灯、蜂鸣器和报警记录器的形式表征金属橡胶减振垫的非正常工作状态。

8、优选的，所述执行器包括电压表，所述电压表与感应线圈相连，用于获取减振器工作过程中，由金属橡胶减振垫的密度变化引起的感应电动势，并以仪表数据展示减振器的工作状态。

9、优选的，所述感应电动势报警阈值范围由出厂前对同批次金属橡胶试件进行疲劳试验获得，测定方法如下：

10、令金属橡胶减振垫即将发生损坏时的临界密度为ρlim，临界密度下测试此时的磁感应强度为blim；金属橡胶减振垫未压缩的密度为ρ0，未压缩状态的磁感应强度为b0；金属橡胶减振垫最大压缩量下的密度为ρmax，最大压缩状态的磁感应强度为bmax；

11、

12、

13、

14、

15、δt＝1/fs；

16、当εmin＜ε＜εmax时，金属橡胶减振垫处于正常工作区间；

17、其中，α、β是比例参数，s是线圈截面积，n是线圈匝数，δt是采样间隔，fs是采样频率，εmax是最大临界感应电动势，εmin是最小临界感应电动势，ε是感应电动势测试模块所测得的感应电动势。

18、优选的，由执行器记录感应电动势的实时测量结果，保存并记录报警次数及报警持续时间段，数据处理后得到相应报警工况下的动力机械工作频率，以确定金属橡胶减振垫的许用工况及正常工作的频率、载荷范围；

19、

20、其中，l0为金属橡胶减振垫的初始高度，δl为金属橡胶减振垫的压缩或舒张行程，bt是感应电动势的实时测量结果。

21、优选的，建立激振行程与感应电动势间的函数关系，得到振动激励与感应电压测量值的线性推导函数：

22、

23、

24、其中，δt是压缩行程中产生的正向感应电动势或舒张行程中产生的反向感应电动势的时间间隔，s是金属橡胶减振垫的固定截面积，δl(t)为减振垫上端面从预压到t时刻的位移，δl(t)′为该位移关于时间的求导，即运动机械激励速度，能够实现位移和速度信号的在线测量。

25、优选的，以感应电流表征感应电动势，将感应线圈接入电流放大电路，采集放大电路中的感应电流信号，引入电控单元，在电控单元中设置预设电流报警阈值范围，报警阈值由同型号金属橡胶进行多次疲劳试验确定，在此阈值下，当感应电流处于设置电流阈值范围内，系统判断预警电路断开，即此时为正常工作状态；当测试感应电流大于预警阈值上限或小于预警阈值下限时，系统判断预警电路闭合，与电控单元相连的报警器工作，表现为报警灯闪烁、蜂鸣器工作，提醒此工况下动力机械振动剧烈。

26、对比现有技术，本发明的有益效果在于：

27、1、本发明提供一种基于电磁感应原理的具有监测、自诊断功能的新型航空发动机智能金属橡胶减振器，通过在均匀磁性的金属橡胶减振垫外布置感应线圈，利用疲劳试验结果设置失效边界，能在正常工作中定期检测金属橡胶垫状态，从而大幅简化金属橡胶的检测流程，保证减振效果时刻满足工况需求，降低人工检测频率，在减振效果基本不改变的条件下，实现自动化状态诊断及航空发动机振动实时监测。

28、2、本发明采用均布磁性粒子的不锈钢作为金属橡胶的制造原材料，使金属橡胶带有均匀的磁性；通过实时测量感应电动势信号，设置减振垫的理论正常工作范围，并分两步设置故障报警信号；在正常工作区间内，建立变形量与感应电动势间的关系，可实现传感器功能，克服传统加载卸载金属橡胶性能试验不能随动力机械工作检测金属橡胶状态的弊端，能够实时获得金属橡胶上端面的位移时域信号；执行器以报警灯、蜂鸣器和记录仪等形式布置在驾驶室适当位置，方便驾驶员或检测人员随时得知减振器状态。

技术特征：

1.一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：包括上部顶杆(1)、金属橡胶减振垫(7)，所述上部顶杆(1)的底端与金属橡胶减振垫(7)的顶端抵接，所述金属橡胶减振垫(7)具有均匀的磁性，且金属橡胶减振垫(7)的磁感应强度与金属橡胶减振垫(7)的密度成等比变换关系，所述金属橡胶减振垫(7)的外侧套设有感应线圈(5)，所述感应线圈(5)与感应电动势测试模块连接，由感应电动势测试模块将所测得的感应电动势输入监测系统，由监测系统指导执行器产生报警信号，所述监测系统内预设感应电动势报警阈值范围，当测得的感应电动势处于正常工作范围外时，执行器中的报警器工作；当感应电动势处于正常工作范围内时，报警器不工作，由感应电动势测试模块实时测量的感应电动势表征减振垫承接的振动激励，实现动力机械振动激励的实时测取。

2.根据权利要求1所述的一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：所述金属橡胶减振垫(7)、感应线圈(5)均安装在外壳内，所述外壳包括上端盖(2)、下端盖(4)，所述上端盖(2)与下端盖(4)可拆卸连接，所述上端盖(2)与下端盖(4)之间设有密封衬垫(3)，所述上端盖(2)上设有与上部顶杆(1)相适应的贯穿孔，所述下端盖(4)内设有与感应线圈(5)相适应的线圈安装架(6)，所述金属橡胶减振垫(7)位于线圈安装架(6)的内侧。

3.根据权利要求2所述的一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：所述线圈安装架(6)采用高导热性能材料制造而成。

4.根据权利要求1所述的一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：所述金属橡胶减振垫(7)为均匀分布有磁粉的圆柱型金属橡胶垫。

5.根据权利要求1所述的一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：所述执行器包括报警灯、蜂鸣器和报警记录器，当测得的感应电动势处于正常工作范围外时，以报警灯、蜂鸣器和报警记录器的形式表征金属橡胶减振垫(7)的非正常工作状态。

6.根据权利要求1所述的一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：所述执行器包括电压表，所述电压表与感应线圈(5)相连，用于获取减振器工作过程中，由金属橡胶减振垫(7)的密度变化引起的感应电动势，并以仪表数据展示减振器的工作状态。

7.根据权利要求1所述的一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：所述感应电动势报警阈值范围由出厂前对同批次金属橡胶试件进行疲劳试验获得，测定方法如下：

8.根据权利要求7所述的一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：由执行器记录感应电动势的实时测量结果，保存并记录报警次数及报警持续时间段，数据处理后得到相应报警工况下的动力机械工作频率，以确定金属橡胶减振垫(7)的许用工况及正常工作的频率、载荷范围；

9.根据权利要求8所述的一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：建立激振行程与感应电动势间的函数关系，得到振动激励与感应电压测量值的线性推导函数：

10.根据权利要求1所述的一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，其特征在于：以感应电流表征感应电动势，将感应线圈(5)接入电流放大电路，采集放大电路中的感应电流信号，引入电控单元，在电控单元中设置预设电流报警阈值范围，报警阈值由同型号金属橡胶进行多次疲劳试验确定，在此阈值下，当感应电流处于设置电流阈值范围内，系统判断预警电路断开，即此时为正常工作状态；当测试感应电流大于预警阈值上限或小于预警阈值下限时，系统判断预警电路闭合，与电控单元相连的报警器工作，表现为报警灯闪烁、蜂鸣器工作，提醒此工况下动力机械振动剧烈。

技术总结本发明公开了一种监测、自诊断的新型智能航空发动机金属橡胶减振器，主要涉及减振器技术领域；包括上部顶杆、金属橡胶减振垫，所述上部顶杆的底端与金属橡胶减振垫的顶端抵接，金属橡胶减振垫具有均匀的磁性，金属橡胶减振垫的外侧套设有感应线圈，感应线圈与感应电动势测试模块连接，由感应电动势测试模块将所测得的感应电动势输入监测系统，由监测系统指导执行器产生报警信号，所述监测系统内预设感应电动势报警阈值范围，能够在正常工作中实时检测金属橡胶垫的状态，从而大幅简化金属橡胶的检测流程，保证减振效果时刻满足工况需求，降低人工检测频率，在减振效果基本不改变的条件下，实现自动化状态诊断及航空发动机振动实时监测。技术研发人员：郝慧荣,赵文超,王志军,王佳苇,任江鹏,刘勉琛,邹世军,刘占峰受保护的技术使用者：内蒙古工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8