(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210609030.7 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 南昌航空大 学 地址 330000 江西省南昌市丰和南大道696 号 (72)发明人 史久林　刘志强　罗宁宁　郝中骐　 何兴道　 (74)专利代理 机构 南昌洪达专利事务所 3 6111 专利代理师 吴启楼 (51)Int.Cl. G01M 10/00(2006.01) G01N 21/84(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)发明名称 一种监测航空发动机尾气粒子流场 的系统 装置及方法 (57)摘要 本发明公开了一种监测航空发动机尾气粒 子流场的系统装置及方法， 包括信号发生系统、 信号传输系统和 信号接收系统， 信号发生系统由 激光器和型号为DG535的信号发生器组成， 信号 传输系统由航空发动机尾喷口、 圆形光阑、 双凹 球面透镜、 平凸柱面透镜组成， 信号接收系统由 ICCD相机和计算机组成， 信号发生系统与信号传 输系统连接， 信号传输系统与信号接收系统连 接； 本发明利用ICCD相机的高速门控功能拍摄航 空发动机尾焰颗粒经过激光束照射发出的散射 光， 经图像处理后得出颗粒大小和运动轨迹， 辅 助判断航空发动机燃烧效率 以及是否存在故障 风险， 从而对航空发动机进行有效的可靠性监测 和健康管 理， 有利于提升航空发动机的可靠性和 降低维修成本 。 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 CN 115077856 A 2022.09.20 CN 115077856 A 1.一种监测航空发动机尾气粒子流场的系统装置， 其特征在于： 包括信号发生系统、 信 号传输系统和信号接收系统， 所述信号发生系统由激光器和型号为DG535的信号发生器组 成， 所述信号传输系统由航空发动机尾喷口、 圆形光阑、 双凹球面透镜、 平凸柱 面透镜组成， 所述信号接收系统由ICCD相机和计算机组成， 所述信号发生系统与所述信号传输系统连 接， 所述信号传输系统与所述信号接收系统连接 。 2.根据权利要求1所述的一种监测航空发动机尾气粒子流场的系统装置， 其特征在于： 所述激光器发射出的激光束的波长为5 32nm。 3.一种监测航空发动机尾气粒子流场的方法， 其特征在于： 还包括权利要求1至2中任 一项所述的一种监测航空发动机尾气粒子流场的系统装置； 该 方法包括： S1首先所述激光器发射出的激光束先通过所述圆形光阑后经所述双凹球面透镜扩束 成一个较大 的圆形光斑,再经过所述平凸柱面透镜形成横截面积保持恒定的线性光， 调整 所述平凸柱面透 镜和所述 航空发动机尾喷口 的距离以覆盖 到尾焰区域； S2尾焰区域中的粒子发出的散射光被所述ICCD相机捕捉， 通过所述信号发生器将所述 计算机、 ICCD相机和激光器同步， 将拍摄的图像传输到所述计算机中， 再经所述计算机中的 图像处理程序可以得 出尾焰中各尺寸颗粒的大小、 轨 迹。 4.根据权利要求3所述的一种监测航空发动机尾气粒子流场的方法， 其特征在于： 所述 ICCD相机的 曝光时间、 快门间隔及增益模式开关均可通过 所述计算机控制。 5.根据权利要求4所述的一种监测航空发动机尾气粒子流场的方法， 其特征在于： 所述 ICCD相机的门控时间最低为1纳秒， 所述ICCD相机能与高重复频率的激光保持同步的5MHz/ 16‑bit的高帧速， 所述 ICCD相机能快速连拍1024 ×1024分辨 率的图像。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115077856 A 2一种监测航空发动机尾气粒子流场的 系统装置及方法 技术领域 [0001]本发明涉及 监测装置及方法技术领域， 尤其涉及 一种监测航空发动机尾气粒子流 场的系统装置及方法。 背景技术 [0002]航空发动机作为航空飞行器的核心部件， 对航空飞行器的安全性有着决定性的影 响。 在我国近十年的飞行事故中， 因发动机引起的故障超过机务维修故障中的60％， 因此， 如何对航空发动机进 行有效的可靠性监测和健康管理， 对于保证航空发动机的可靠性和降 低维修成本都具有重要的意 义。 [0003]在航空发动机工作时， 其燃烧产物除CO2、 水蒸气等气体之外， 还会产生一些固体 颗粒。 这些固体颗粒由于燃烧和摩擦等原因而带电， 当发动机正常工作时， 其固体颗粒荷电 水平稳定在某一范围内， 而一旦 发动机发生 故障时， 其电荷水平会显著上升， 因此目前主流 的方法有发动机气路静电监测技术， 但该方法需将静电传感器探针置于发动机气路之中， 得到的也只是相对孤立的离散点， 无法监测尾气 中完整截面的颗粒大小、 轨迹、 分布情况。 另一方面由于气路结构复杂， 安装困难， 工作 环境也比较恶劣， 为监测航空发动机尾气粒子 流场带来困难。 [0004]近年来， 利用光散射检测粉尘颗粒得到了广泛运用， 颗粒大小从纳米级到数千微 米范围， 粉尘颗粒通过光照射时会产生散射光， 颗粒大时散射光信号强， 散射光光 强与颗粒 粒径成正比。 由于航空发动机的故障颗粒直径一般处于50 ‑100纳米之间， 在光散射法 的常 见检测范围内； 另一方面， ICCD相机综合了像增强器和CCD相机两项技术优势， 在微光探测 和高速快门领域具有 领先地位， 在检测尺寸较小、 速度较快的航空发动机尾气粒子方面， 有 着很大优势， 再结合航空发动机的运行状态与颗粒大小和轨迹之间的关系， 可辅助判定航 空发动机是否有发生 故障的风险， 对于保证航空发动机的可靠性和降低维修成本都具有重 要的意义。 发明内容 [0005]本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题， 提供一种利用光散射法结合 ICCD相机监测航空发动机尾气粒子流场的系统装置及方法。 [0006]为实现上述目的， 本发明提供的技术方案是： 一种监测航空发动机尾气粒子流场 的系统装置， 包括信号 发生系统、 信号传输系统和信号接收系统， 所述信号 发生系统由激光 器和型号为DG535的信号发生器组成， 所述信号传输系统由航空发动机尾喷口、 圆形光阑、 双凹球面透镜、 平凸柱面透镜组成， 所述信号接收系统由ICCD相机和计算机组成， 所述信号 发生系统与所述信号传输系统连接， 所述信号传输系统与所述信号接收系统连接 。 [0007]优选的， 所述激光器发射出的激光束的波长为5 32nm。 [0008]本发明还公开了一种监测航空发动机尾气粒子流场的方法， 包括上述的一种监测 航空发动机尾气粒子流场的系统装置； 该 方法包括：说　明　书 1/3 页 3 CN 115077856 A 3