מנועי Ramjet כוח כמה מערכות המטוסים והטילים המהירים בעולם, הפועלים במהירויות סופר-סטוניות ויפרוזיות.מנועי אלה אינם זזים חלקים; במקום זאת, הם מסתמכים על תנועה קדימה לדחוס אוויר נכנס, מה שהופך אותם פשוטים אך ורק תרמיים ואווירודינמיים כדי לנטר את הבריאות של ramjet במהלך הטיסה הוא קריטי להצלחה, בטיחות, מסורתי וארוכות של שיטות מעקב בריאותיות מתקדמות - לעתים קרובות נכשלות לאחור.

מימון של Ramjet Engine Operation and Monitoring Challenges

Ramjets פועלים על ידי דחיסת צריכת סופרוזיאנית אוויר באמצעות סדרה של גלי הלם, ערבוב אותו עם דלק, שריפת תערובת לייצר דחף.בניגוד לטרפוזיטים, אין להבים או טורבינות דחוסים; כל זה הוא aeroדינמית.פשטות זו מביאה אתגרים ייחודיים ניטור טמפרטורות (הצטברות 2000 מעלות בעיצובים מסוימים), לחץ קיצוני, חמור מפני אובדן אווירי, בנוסף לעומסים מבניים של לחץ אווירי לחץ, "אובדן" של לחץ פתאומי של לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ פתאומי," (conta-" (contasterin).

מכיוון שרשתות ramjets לעתים קרובות לטוס בגובה שבו פיקוח אנושי הוא בלתי אפשרי, חיישני החוצות חייבים לשרוד סביבות תרמיות ורטטיות קשות תוך מתן נתונים מדויקים.הפרמטרים העיקריים כדי לפקח כוללים:

  • (ב) ויקרא י"א: ויקרא י"ד: "וַיָּבְתָּבְתָּבְהַבְתָּבְתָּבְתָּבָר" (בראשית כ"ד, כ"ד).
  • (ב) ,0) התפלגות פיזור (FLT) 1 (הופנה מהדף זעזועים) וזיהוי זוועות
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) ,0) ,(ה) במרכיבים קריטיים
  • (ב) ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

חיישנים מסורתיים (thermocouples, מדצי זנים, מדפי אגזואלקטריים accelerometers) סיפקו מדידות נקודה אך סבלו משפע מוגבל, מורכבות מתפתלת, ורגישות להפרעות אלקטרומגנטיות (EMI). טכנולוגיות חיישן מודרניות מטפלות בחסרונות אלה באמצעות שידור נתונים מבוזר, אלחוטי, וסובלנות גדולה יותר לתנאים קיצוניים.

טכנולוגיות חיישנים חיוניות עבור Ramjet Health Monitoring

חיישן אופטי

חיישני אופטיים סיביים הפכו למרכז ניטור בריאות מתקדם של ramjet.הטרו הקטן שלהם (125 מיקרומטר או פחות), משקל קל, חסינות ל-EMI, ויכולת לפעול בטמפרטורות מעל 1000 מעלות צלזיוס הופכת אותם אידיאליים לסביבות אוויריות קשות.

  • (FLT:0)Fiber Bragg Gratings (FBGs): שינויים באינדקס השביר תקופתי לאורך הסיבים משקפים אורכי גל ספציפיים. סטרין או שינויי טמפרטורה משנים את אורך הגל המשקף. על ידי הטמעת מאות FBGs לאורך סיבים אופטיים בודדים, מהנדסים יוצרים אמצעי חישה מופץ חד-משמעיים כי הטמפרטורה ונקודות מרובות.
  • (ד) (DTS): stributed Acous Sensing (DAS) / טמפרטורות דיסטריוט (DTS): stributed Acous Sensing) / פיזור ריילי או ראמאן, סיבים בודדים יכולים לפעול כאלפי חיישנים, מתן טמפרטורה רציפה ופרופילי רטט לאורך אורך שלה.זה שימושי במיוחד עבור ניטור של חלקים ארוכים או בדאלים.

חיישני אופטיים סיביים מוטבעים כעת בקוברי קובוס של ramjet ומבנים נושלים.לדוגמה, רכב הטכנולוגיה ההיפוסטוני של נאס"א 2 (HTV-2) המשמש את מערך FBG למדידת ⁇ תרמיים במהלך סימולציה של מאך 20 טיסה.החיישנים שרדו אופניים תרמיים קיצוניים ומספקים נתונים המיודעים מחדש של מערכות הגנה תרמיות:0A של טכנולוגיות אוויריות ל-Fonics להמשיך לפתח כלי רכב מבוססי:1Fens.

Piezoelectric ו Acous Emission Sensors

חיישני Piezoelectric לזהות גלי לחץ דינמי ורטטים.במנועי ramjet, הם משמשים עבור:

  • (FLT:0) ניטור אי-יציבות: FIRLT:1 ⁇ לחץ גבוה (עד 50 kHz) ללכוד תנודות לחץ שיכול להוביל לבעירה הרסנית.גילוי מוקדם מאפשר עבור מודולציה דלק פעיל או התאמות בקרה מנוע.
  • (FLT:0) ניטור בריאותי של הנדסת פליטה אקוסטית (Acuctural Health Monitoring: FLT:1 חיישנים פליטה אקוסטית מזהים גלי מתח מהתפשטות סדק, דלמנטום, או רופפת מהירה יותר.חיישנים אלה קשורים לעתים קרובות לקצבת דלק או זריקת דלק.
  • (FLT:0) Inlet Unstart Detection: FLT:1 שינויים פתאומיים בלחץ וחתימות רטט מצביעים על מיקרופון לא צפוי. Piezoelectric מיקרופוןs ו accelerometers מספקים אזהרות ברמה של מילימטרית.

חיישנים מודרניים ⁇ ים להשתמש בחומרים כגון רינגיום פוספט או langasite, אשר שומרים על רגישות בטמפרטורות גבוהות (עד 500 מעלות צלזיוס) הם לעתים קרובות משולבים עם חיישני סיבים אופטיים כדי ליצור רשת גירוד היברידית עבור נתונים מרוקנים ונתונים משלימים.מעבדת מחקר חיל האוויר (AFRL) הוכיחה מערכות היברידיות כאלה בבדיקות קרקעיות.

רשתות חיישן אלחוטיות והחרא סביבות האלקטרוניקה

Wiring in a ramjet מנוע הוא אתגר הנדסי משמעותי.כבלים חייבים להיות מודרך דרך אזורי זמן גבוהים, מוגן מ EMI, ומאובטח נגד רטט.רשתות חיישן אלחוטי (WSNs) להפחית משקל, לפשט את ההתקנה, ולאפשר מיקום חיישן במקומות שלא נגישו בעבר.

מרכיבים מרכזיים כוללים:

  • (FLT:0) אנטנות חוצות: אנטנות טטמיות 1 (C) מבוססות Ceramic, שיכולות לעמוד בפעולת המשך של 800 מעלות צלזיוס.
  • (FLT:0) ,Energy Harvestingמודולים:FreaLT:1 , גנרטורים אנדרומואלקטריים (TEGs) להמיר חום פסולת לאנרגיה חשמלית עבור חיישנים.חלק מהטיפוסים מקצרים אנרגיה מרטטים באמצעות משככי חומרים מלוכלכים.
  • תקשורת:0 (Ultra-Wideband): ההרחבה רדיו קצרה של רדיו מחתרתית שחדרה את שערי מתכת וורדים סביבות EMI גבוהות.

למרות ההתקדמות, WSNs עבור ramjets עדיין בשלב ההזדווגות. רוב יישומי הטיסה משתמשים כיום אוטובוסים חרוטים עם ארכיטקטורות סובלניות לקויות.עם זאת, כמה תוכניות DARPA טסו בהצלחה חיישני טמפרטורה אלחוטיים במנועי טורבינות, ואלה מותאמים לבדיקות ramjet.FLT:0DARPA של Robust Hypersonic Flight SystemsFLTrea, כולל מפתח אלחוטי.

חיישן הסרט ו- MEMS עבור מדדי פני השטח

מערכות מיקרואלקטרוניקה (MEMS) וחיישנים פילים דק מציעים פתרונות קומפקטיים, כוח נמוך לטמפרטורה פני השטח ושומן חום.מדמפלקסים של טט-סרט (TFTCs) מופקדים ישירות על רכיבי מנוע באמצעות sputtering או זיהום אלקטרופור כימי, ויצרו שכבת חיישן פחות מ -10 מיקרומטר עבה.

יישומים כוללים:

  • (ב) מיפוי הבועות (ה') ב'[[1924]] ו[[1924]]]], [[1924]]]]]] ו[[1924]]]], [[1924]]]]]]]]
  • (FLT:0) חיכוך ו- Shear StressFLT:1 מדידה בשכבות הגבול תוך שימוש בחיישנים צפים מבוססי MEMS.
  • (FLT:0) גל אקוסטי (SAW) חיישנים של חיישנים של חיישנים של ®SAW) מדד טמפרטורה ולחץ באופן פסיבי (אין צורך בסוללה) חיישנים SAW נחקרים באופן אלחוטי באמצעות RF ויכולים לפעול עד 600 מעלות צלזיוס.

אוניברסיטת מישיגן ו- AFRL שיתפו פעולה על חיישני מתח של MEMS Shear עבור inlets היפרוזיים.חיישנים אלה נבדקו במנהרות רוח מאך 6 וראו הבטחה לשילוב טיסה.

עיבוד נתונים מתקדם ו- Signal Process

נתוני חיישן Raw שימושיים רק אם ניתן לעבד אותם ולהתפרש בזמן אמת.מערכות ניטור בריאות ramjet מודרני מעסיקות מערכות רכישה מתוחכמת של נתונים (DAQ) המדגם בשיעורים מעל 1 MHz לערוץ.

  • (FLT:0) Telemetry:FLT:1 נתונים מחיישנים על הסיפון חייב להיות מועבר לתחנות קרקע או מחשבי טיסה עם שקיפות נמוכה.אוטובוסים נתונים אופטיים (למשל, MIL-STD-1773 סיבים אופטיים) מועדפים על רוחב הפס הגבוה שלהם וחסינות EMI.
  • (FLT:0) Onboard Edgeure עיבוד:FLT:1 במקום הזרמת כל הנתונים הגולמיים, צמתים חכמים לבצע עיבוד מוקדם (סינון, מיצוי תכונה) ולשלוח רק מחוונים רלוונטיים לבריאות.זה מקטין את דרישות רוחב הפס ומאפשר תגובה מהירה יותר.
  • (FLT:0)Sensor Fusion:FLT:1 משלב טמפרטורה, לחץ, רטט ונתוני זנים מספק תמונה הוליסטית.לדוגמה, עלייה בו זמנית בטמפרטורה וחוסר יציבות בלחץ יכול לסמן תנודות חמות תא הבעירה המאיים על שלמות תרמית. אלגוריתמים מתקדמים מיישר נתונים מחיישנים שונים בזמן ומרחב כדי ליצור מנוע מאוחד.

Sensor fusion is often implemented using Kalman filters or Bayesian networks that estimate unmeasured states (e.g., remaining life of a fuel injector) from measured parameters. These techniques are standard in aircraft engine health management (EHM) systems and are being adapted for ramjet applications.

AI / ML עבור תחזוקה חיזוי ו Fault Diagnosis

למידת מכונה (ML) ואינטליגנציה מלאכותית (AI) שינתה את האופן שבו נתוני חיישן משמשים לניטור בריאותי של המנוע, במקום להסתמך על סף קבוע, מודלים של ML לומדים דפוסי הפעלה נורמליים וגלו סטייה עדינה.

ניתוח חתימה

נתונים רטט Piezoelectric של מבנים ramjet מכיל רכיבים רבים של תדרים. רשתות עצביות מהפכת (CNN) מאומן על spectrograms יכול לסווג סוגים שונים של תקלות (למשל, דלק לא נכון, ציפוי מחסום תרמי, הברוטש) עם דיוק מעל 95%.מודלים אלה לרוץ על מעבדיboard ויכולים לעורר תגובות אוטומטיות, כגון התאמת דלק לזרימה ללח לא יציב.

המונחים: armal Pattern Recognition

נתונים טמפרטורה מחיישנים אופטיים סיבים יוצרים מפות תרמיות של ה- combustor. Unsupervised אלגוריתמים למידה (autoencoders) לזהות כתמים חמים או streaks קר שעלולים להצביע על התפלגות דלק או כשלון קירור.מודלים חיזוי זמן (רשתות LSTM) חיזוי טמפרטורה אבולוציה ולספק התראות מוקדמות של ריצוי.

תאומים

תאום דיגיטלי הוא העתק וירטואלי בזמן אמת של מנוע ramjet כי כל הזמן ingests חיישן נתונים.מודלים המבוססים על פיזיקה (דינמיקה של נוזל חלקיקים, מודלים אלמנט סופי) הם caled נגד מדידות חיישן.התאום יכול לדמות "מה אם" תרחישים - למשל, מה קורה אם ערוץ קירור חוסם? - וממליץ על פעולות דיגיטליות עבור מנועי היפרוזיאוניקה מפותחים על ידי השותפים המשותפים (JTO) ושותפים (Jronicerton) ו-Jronicerton Office משותף (J Transits)

על פי דו"ח של AIAA, אבחון מונע AI מופחת תחזוקה לא מתוכננת על מאמרים בדיקות היפרוזיוניות על ידי 60% בקמפיינים הקרקעיים האחרונים.FLT:0AIAA Hypersonics ConferencesFLT:1 באופן קבוע יש התקדמות בניהול בריאות מנוע מבוסס ML.

מחקרים ויישומים מעשיים

כמה תוכניות בעלות פרופיל גבוה הראו טכנולוגיות חיישן מתקדמות עבור ניטור בריאות ramjet.

  • (FLT:0)X-51A WaveRider:FreaLT:1) מבחן טיסה זה (הבעירה על-קולית ramjet) השתמש בחבילה של טרנסידור לחץ, thermocouples, ו- accelerometers. Post-טיס ניתוח גילה כי מדדי זנים אופטיים על ה- inlet cowl סיפקו נתונים קריטיים על טעינה מבנית במהלך המעבר מ-Jt כדי לאמת את פעולת הנתונים.
  • (FLT:0) הניסויים של מחקר טיסה בינלאומי (HIFiRE): FLT:1 תוכנית זו בחנו תצורה של חיישן שונים על סמך סאונד רקטות.One Flight, HIFiRE-4, השתמש במערך חיישן לחץ מפני לחץ אלחוטי בתוך הקובוס.החיישנים המועברים נתונים עד לפני שריפת-דרך, הוכחת העוצמה של חישה אלחוטית בתנאים קיצוניים.
  • (FLT:0) של קלבר ראמאג'ט (MCR): רזולוציה של בדיקות קרקעיות של ramjet לוחות משולבים טבעות אדזואלקטריות סביב מנוע הסורק לזהות תנודות של בעירה.המידע שימש כדי לכוון דלק בגאומטריה עבור פעולה יציבה בטווח רחב של מאך.

מקרים אלה ממחישים את ההתקדמות ממחקר מעבדה למערכות מוכנות לטיסה.הלקחים שנלמדו מוצמדים לסטנדרטים כגון הפרקטיקה האווירית SAE עבור ניטור בריאות של מנוע היפרוזי.

כיוונים עתידיים

אלקטרוניקה גבוהה

מערכות החיישן הנוכחיות מסתמכות על אלקטרוניקה מרחוק כי יש להציב באזורים קרירים יותר.New Semiconductors (silicon carbide, גליון nitride) מאפשר מיזוג אותות, המרה אנלוגית-לדיגיטלית, ו שידור RF ישירות במיקום החיישן, אפילו מעל 500 מעלות צלזיוס.זה מקטין את אורך הכבלים ומשפר את שלמות האות.

אנרגיה וניהול כוח

Wires for Power הם לעתים קרובות הגורם המגביל של מיקום חיישן.הנרטורים ה- TGs (TEGs) כי חום scavenge מן הקיר קובוס יכול לכפות חיישנים אנרגיה נמוכה ללא הגבלת זמן, בנוסף, קציר אנרגיה אטואלקטרי מרטטים מנוע יכול להוסיף TEGs. חוקרים ב-MIT הוכיחו TEG שמייצר 1 W מ- 500 מעלות צלזיוס ⁇ - מספיק כוח עם חיישן אלחוטי.

חיישן קוונטי למדידת Precision

למרות שבגיל הרך שלה עבור יישומים הנעה, מציעה את הפוטנציאל לדיוק אולטרה גבוה. Nitrogen-vacancy (NV) חיישנים יהלומים יכולים למדוד שדות מגנטיים, טמפרטורה ולחץ עם רגישות יוצאת דופן ורזולוציה מרחבית. בעתיד, מערך חיישן קוונטי יחיד עשוי להחליף עשרות חיישנים קונבנציונליים, מתן נתונים עשירים יותר לתאומים דיגיטליים.

רשתות חיישן עצמי והתאמה

רשתות החיישן העתידי עשויות להיות הגדרה עצמית וסובלנות לקויה.אם פרצות חיישן אופטי סיבים, המערכת יכולה באופן אוטומטי לתקן באמצעות חיישנים סמוכים. ציפויים פולימרים עצמיים על חיישן מוביל יכול לתקן סדקים קלים במהלך הטיסה, שמירה על שלמות נתונים.

מסקנה

טכנולוגיות חיישן חדשניות הן מהפכה ניטור בריאות של מנועים ramjet, נעות מבדיקות תגובתיות לתחזוקה ממוקדת נתונים. חיישני אופטיים סיבים, טרנסנפורמטי, רשתות אלחוטיות, ומכשירי MEMS דקים מספקים תובנה בזמן אמת חסרת תקדים בטמפרטורה, לחץ, רטט, וזן.כאשר בשילוב עם AI / מניפולציות דיגיטליות, חיישנים אלה מאפשרים זיהוי מוקדם, ביצועים אופטימיזציה, מהירות, ומהירות גבוהה יותר, כמו גם אלקטרוניקה גבוהה יותר, ומאובטחת, כמו גם אלקטרוניקה גבוהה יותר.