БЕСКОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКАЯ АНТЕННА ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может использоваться в качестве регистрирующего элемента в системе диагностики неисправностей газотурбинных двигателей (ГТД) при их эксплуатации, и тестировании.
В последние годы, широкое развитие получили нетрадиционные способы диагностики состояния ГТД, в частности способ бесконтактной электростатической диагностики. Суть способа электростатической диагностики газотурбинных двигателей заключается в том, что в двигательных авиационных струях регистрируют заряженные частицы, образующиеся в камере сгорания, либо частицы, образующиеся при разрушении элементов двигателя, либо - попадающие в двигатель извне. Заряженные частицы создают в струе и окружающем струю пространстве нестационарное электростатическое поле, которое регистрируют специальными устройствами, например, антеннами, расположенными вне двигателя и вне его струи. При этом анализируя
полученный сигнал можно не только диагностировать аномалии в работе двигателя, но и предсказывать их развитие, что повышает безопасность эксплуатации авиационной техники и снижает затраты на ее обслуживание.
Известен «Бесконтактный кольцевой электростатический зонд для ГТД», патент ЕР 0120087 В1 от 29.09.83 г., который состоит из чувствительного элемента в виде кольца, охватывающего струю ГТД, разъема для подключения кабеля, изоляторов для крепления кольца к несущей рамке.
Недостатком данного технического решения является отсутствие экрана, что делает зонд чувствительным к посторонним источникам электромагнитного излучения и недостаточная мобильность конструкции. Кроме того, кольцевой зонд требует определенного места установки по отношению к струе двигателя.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому, и принятому за прототип, является "Бесконтактная электростатическая антенна для диагностики газотурбинных двигателей", заявка о выдаче патента на изобретение №2003130694 от 20.10.2003 г., которая состоит из чувствительного элемента, окруженного металлическим экраном с прорезью для обеспечения направленности антенны.
Недостатком данного технического решения является то, что у данной антенны фиксированный угол обзора, заданный прорезью экрана. Это не позволяет обеспечить ей оптимальное экранирование от электромагнитных помех с сохранением достаточного для регистрации отношения сигнал/шум. Кроме того, антенна не способна фиксировано локализовать зону наблюдения и увеличить разрешающую ее способность.
Технической задачей полезной модели является повышение точности электростатической диагностики текущего состояния газотурбинных двигателей в целом, и уточнение места неисправности по фиксированной локализации места нахождения заряженных частиц в их реактивных струях.
Технический результат достигается за счет использования заявляемой бесконтактной электростатической антенны для диагностики газотурбинных
двигателей, устанавливаемой, например, рядом со струей газотурбинного двигателя за срезом сопла двигателя. Антенна содержит чувствительный элемент, устройство крепления, изоляторы, разъем для подключения к регистрирующей аппаратуре. В устройстве крепления установлены два металлических экрана, охватывающие как друг друга, так и чувствительный элемент, при этом экраны выполнены с прорезями, проходящими вдоль длины чувствительного элемента. Экраны могут поворачиваться вокруг своей оси и друг относительно друга, задавая требуемую направленность антенны и угол обзора. Это обеспечивает локальность проводимых измерений и повышает точность определения электрических параметров двигательной струи и, следовательно, точность диагностики состояния двигателя. Причем линии, соединяющие края прорези металлического экрана с осью чувствительного элемента образуют угол 180°, что позволяет обеспечить направление обзора на 360°, а угол обзора антенны от 0 до 180°.
На фиг.1 представлена схема заявляемой бесконтактной электростатической антенны для диагностики газотурбинных двигателей.
На фиг.2 показано сечение антенны по линии А-А.
Заявляемая бесконтактная электростатическая антенна, представленная на фиг.1, состоит из чувствительного элемента 1, например, металлического стержня. Чувствительный элемент 1 закрепляют в изоляторах 2 для того, чтобы чувствительный элемент 1 не контактировал с другими элементами антенны. Чувствительный элемент 1 окружают металлическим цилиндрическим экраном 3 и дополнительным металлическим экраном 4, при этом один экран является внутренним, а другой - внешним. Экраны 3 и 4 выполнены с прорезями 5 и 6 соответственно. Края прорезей каждого экрана образуют с осью чувствительного элемента угол 180°. Чувствительный элемент 1 и экраны 3 и 4 закреплены в металлической втулке 7, причем экраны 3 и 4 выполнены с возможность поворота вокруг своей оси. Это позволяет задавать желаемое направление обзора антенны в пределах 360° и нужный угол обзора в
пределах от 0 до 180°. Втулка 7 имеет резьбу под накладную гайку 8, которая соединяет элементы конструкции антенны. Кроме того, втулка 7 имеет резьбу для крепления антенны на место установки. Это может быть корпус самолета или штатное аэродромное устройство, например, домкрат. Во втулку 7 вставляют выводы экрана 9, которые позволяют заземлить экраны 3 и 4, а также экранирующую обмотку сигнального кабеля (на фигуре не показана). Через изолятор 2 к чувствительному элементу 1 подсоединяют металлический штырь 10 для подключения рабочей жилы сигнального кабеля.
Работа бесконтактной электростатической антенны, схематично изображенной на фиг.1, осуществляется следующим образом.
Антенну устанавливают, например, в выбранном месте на штатном аэродромном домкрате, установленном вниз по потоку от среза сопла двигателя, или на корпусе самолета в районе сопла двигателя (на фигуре не показаны) без контакта с реактивной двигательной струей. Установку производят путем ввинчивания втулки 7 антенны в место крепления (на фигуре не показано). При установке соблюдают заданное расстояние между чувствительным элементом 1 антенны и границей двигательной струи. Отвинчивают накладную гайку 8, при этом внутренний и внешний экраны 3 и 4 антенны могут свободно поворачиваться вокруг своей оси. Вращая экраны 3 и 4, добиваются требуемого угла обзора антенны и ее направленности. Угол обзора и направленность выбирают так, чтобы минимизировать внешние электрические помехи, добиться приемлемого отношения сигнал/шум и обеспечить наблюдение за нужным участком струи. После установки нужного угла обзора и направленности, накладную гайку 8 завинчивают, обеспечивая фиксацию выбранного угла обзора и направленности. Далее с помощью выводов экрана 9 и штыря 10 обеспечивают заземление экранов антенны и подключают измерительный кабель (на фигуре не показан).
Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет зарегистрировать электростатические сигналы двигательной струи газотурбинных двигателей с высокой точностью и локализовать область нахождения заряженных
частиц в двигательной струе. Это упрощает анализ электростатических сигналов для заключения о состоянии двигателя в целом и об особенностях режима его работы. А возможность регулирования угла обзора заявляемой антенной, обеспечивает подбор в каждом конкретном случае отношения сигнал/шум для получение сигнала с оптимальными характеристиками эксплуатации двигателя. Особенностью антенны является ее легкость установки на штатных аэродромных устройствах, например, домкратах, или на корпусе самолета. Указанные особенности заявляемого технического решения позволяют повысить безопасность эксплуатации и доводки газотурбинных двигателей и снизить стоимость их обслуживания.