航空发动机磨粒荷电特性研究

大多数机械系统(航空发动机)失效期的磨粒尺寸多在20 μm~200 μm之间，在这一尺寸范围内研究颗粒的荷电特性对磨粒静电监测技术具有特殊意义。本文采用直接测量的方法获得微米级颗粒不同摩擦时间后产生的静电，实验选用颗粒的材料为金属铝粉末，平均粒径为50 μm、200 μm、3 mm。研究结果表

航空发动机是飞机的心脏，是在高温、高压和高速旋转条件下长期反复工作的复杂热力机械。航空发动机中的各种摩擦副，因负荷大、温度高、工作环境恶劣，容易磨损，从而导致零部件精度降低、寿命缩短或引发二次故障等，据统计发动机空中停车故障的37.5%及导致发动机提前更换的60%以上的原因是发动机轴承等零件的磨损类故障[1]。摩擦副在磨损的过程中产生磨粒，由于“摩擦起电”磨粒带有一定的静电，通过监测磨粒的静电信号可以反映其磨损状况。Chen 等对滑油系统全流量在线磨粒静电监测技术展开了研究， 研究成果对于丰富航空发动机状态监测手段具有重要的理论和工程意义[2]。

HOGUE等采用颗粒(毫米级)在钢板上滑行至法拉第杯中的方法， 测得不同材质、滑行角度均会影响静电产生[3]。

同时，颗粒材料及尺寸均会对静电的产生有影响。本文主要研究不同尺寸的非铁磁性材料铝颗粒的荷电情况，探索不同摩擦荷电时间对颗粒荷电量的影响规律。

2. 实验 2.1. 实验方法 为了研究航空发动机磨粒荷电特性，本工作对微米级颗粒产生的静电进行了研究，常见的颗粒荷电方式有人工搅拌荷电、振动荷电、电晕荷电，微米级颗粒为粉末状，固采用振动荷电的方式进行荷电。

实验测量方法为将固定质量的微米级颗粒放在聚四氟乙烯杯中，聚四氟乙烯杯固定在振动电机上，振动一段时间后将荷电颗粒倒入法拉第杯。法拉第杯连接静电计，颗粒振动过程中相互摩擦碰撞产生静电， 所带静电量将直接可以从静电计测得，并记录测量数据。对不同尺寸颗粒摩擦带电的电荷量进行测量， 通过改变颗粒摩擦接触、振动时间来研究颗粒荷电受摩擦接触、振动时间的影响规律。

2.2. 实验步骤 实验选择的颗粒有微米级粉末状颗粒，因此无法确定颗粒的具体数目，统一采用称重的方式来控制颗粒的质量(精度0.1 mg)。实验前，用电子秤称取10 g 颗粒分别放入具有标号的聚四氟乙烯杯中(每个杯中10 mg)，并放电24 h，以保证初始电量均为0 [4]。

测量过程中采用独立性实验，即取一份已放电的颗粒(10 mg)放在振动电机上振动60 s，然后将荷电颗粒转移至法拉第筒中进行测量， 在测量前记录系统误差初始值， 并且在测量前对静电计进行清零处理。

重复以上操作，共测量5 组振动60 s 的颗粒的静电量(每次实验颗粒均已放电24 h)，再分别测量5 组振动120 s、180 s、240 s 的颗粒的静电量。