宋刚

4月14日，洁净天空网站披露欧盟“集成智能轴承系统”（I2BS）项目研究进展， 由德国法格航空航天有限公司和英国南安普敦大学合作设计的智能轴承正处于小尺寸功能试验阶段，目标是验证传感器能够准确监测轴承的初始损伤，并通过试验确定该系统可检测的最小缺陷。

I2BS项目由欧盟“地平线2020”框架资助，归属于“洁净天空”（Clean Sky） 计划，项目研究周期为2016年7月~2021年12月。项目总体目标是为“超高推进效率”（UHPE）项目的地面演示样机设计、开发、评估和测试可替换的常规轴承和智能轴承。I2BS项目致力于传感器、能量收集、无线通信、数据管理和算法等技术的开发和集成，以在具有挑战性的工作条件（如高温、高速和高推力）下监控轴承的性能。作为UHPE演示项目的一部分，I2BS项目为轴承健康监测带来了一种更智能的方法，将使欧洲航空发动机在提高安全标准的同时更具成本效益。智能轴承将能够提供与其功能特性有关的信息，即轴承的健康状况， 包括温度、轴向和径向载荷、滚珠和转轴的转速、润滑质量以及轴承各部分的径向间隙等。

I2BS项目的试验过程包括小尺寸功能试验、全尺寸轴承试验、真实发动机地面演示验证三个步骤。小尺寸功能试验的目的是证明传感器能够检测到轴承的初始损伤；全尺寸轴承试验的目的是对传感器和热电发电机系统（TEG）进行了优化，包括数量和安装位置等。最后，将智能轴承安装至真实发动机上进行地面演示验证。

项目的难点之一是传感器供电问题。理想情况下，可使用能量收集器为传感器自动供电，且能量收集器必须能够在油渍和受热的情况下正常工作，并且必须小型化以适合安装而又不占用太多空间。项目中的解决方案是使用TEG，将发动机的废热转化为电能，并存储在为传感器供电的超级电容器中。TEG体积约为5立方厘米， 尺寸足够小，可以安装在轴承套圈的外径上。大量数据的存储和传输将是另一难题。项目在进行试验时若实时连续监视将生成大量数据，而这些数据的存储和传输将存在很大问题。但项目团队认为没必要对数据进行实时连续采集，每30秒或每分钟执行数据采集即可，因为轴承损坏过程不会很快，半小时或一小时对损伤做出反应即可以满足需求。

I2BS项目开发的智能轴承可以带来以下几个方面的好处：一是延长大修间隔， 降低检修成本。当前，发动机维护主要采用基于小时数和或周期的固定检修检查方式，但是对于智能轴承，通过检测初始损伤， 可以准确定位损伤组件（外圈、内圈或滚动元件）、预测裂纹扩展，从而了解轴承的剩余寿命，延长检查和维护间隔，降低检修成本。二是监测轴承载荷，优化尺寸设计。由于不清楚实际使用过程中的载荷情况，出于安全考虑，传统轴承的设计通常过于保守，通过在轴承上安装传感器和仪表，从发动机获得实际使用数据，可以更准确了解轴承使用过程中的最大载荷和峰值载荷出现频率，根据实际载荷和转动速度等数据设计轴承，可进一步优化轴承尺寸。三是提高维修选择自由度。智能轴承允许飞机检修员了解轴承出现损伤之后还可以安全运行多长时间，从而可根据实际情况将飞机开往更合适的维修地点。