当前位置:首页 >> 机械/仪表 >>

航空发动机高温测试技术的发展




年 月 卷 第 期








《 火〕

航 空 发 动 机 高 温 测 试 技 术 的发 展
陈炳 贻



陈 国明
,

中 国 南 方 航 空

动 力机 械 公 司
,

株洲

,

摘 要 基 于 航 空发 动 机 的发 展 论 述 了 研 究 开 发 高 温 测 试 技 术 的 重 要 意 义 及 其 测 试 技 术 的
发展
,

包 括 航 空 发 动机 热 端 部 件 表 面 高 温 测 试




燃 气 温 度 测 试 和二 次仪 表 等



最 后 对发 展 我 国航

空发 动 机高 温 测 试技 术 提 出 了 若 干 建 议

主肠 词
分类号

航空发动机

,

涡轮叶片

,

燃烧室

,

温 度测 量

,

,

伴 倪
?


,


,


,


?

,

,

,






,

航空发 动机 的发 展是 以 高温 为主要 特 征的 换 代 中 起 作 非 常 重 要 的作 用


高 温 测 试 技 术 的研 究 开 发 在 航 空 发 动机 更 新
,

随 着 涡轮 进



温 度 的提 高
,

航 空 发 动 机 的热 端 将 经 受 复杂 的 热
,

负 载 和 结 构 负载
重 的应 力 和 应 变

,

特 别 是 在 启动 和 关 车 的 瞬变 过 程 中

非 常 大 的 热梯 度 将 使 热端部 件 承 受 严
导 致 多变 的 温 度 分 布 以 及 在 这 种



由 于 涡 轮 复杂 的 形 状 和 大 量 的冷 却 要 求

温 度 环 境 下 材 料周 期性 的 弹性
正确预测 的


—粘性

塑性行为

,

在 这 种状 态 下 的应 力 和 应 变 理 论 上 是 难 以


上 述 情况

,

导 致 了 航 空 发 动 机 研 制 程 序 上 的重 大 变 革





曾实 施 过 包 括 涡 轮 热 端 有
个 技 术关 键
,

结 构 元 件技 术
非 弹性 物 质 模 型 的 发 展
型 的实验


大 纲 在 内的 范 围很 广 的结 构 相 关 技 术 大 纲
,

三 元 非 线性 结 构 方 法 和 规 范 的 发 展 以 及 为 校 准 和 证 实 这 些 方 法 和 模 不 仅 仅 是 由于 现 有 的 方 法 难 以 分 析 当 今 的 热 端 部 件 设 计


实施这些 大纲

更重要

的是 基 于 对 今 后 较 先 进 设 计 的 分 析 需 要



大 纲 中 的仪 表 部 分 的 目标 就 是 为 了开 发 用
,

于 热端 环 境 中新 的仪 表 和 热 端 部 件 对 这 种 环 境 的 反 响

可 见高温 测 试 技 术的重 要 性



,

本文





日收 到

航 空 发 动 机 高 温 测 试技 术 的 发 展

航 空 发动机 高温 测试 技 术 的 发 展
航 空 发动 机 热端 部 件 表 面 高 温 测 试 技 术
传 统 的高 温 测 试 以 接 触 法 为 主
盖 的方 法


如 将 热 电偶 丝 脉 冲 点 焊 在 叶 片 表 面
,

,

再 用 不 锈钢 薄 片覆
,

或 者采 用 在 叶 片 表 面 开 槽


埋 设 金 属 套 管 热 电偶
,

,

再进 行 等 离 子 喷 涂
,

使其与叶
后 一种方
,

片 基 体 结 合 的方 法
不光 滑 的 凸起
,

前 一 种方 法 由 于 不 锈 钢 薄 片 的热 屏 蔽 作 用
由于 燃 气 冲击
,

测量误差 大
,

叶 片表 面 形 成


增大了流动损失

热 偶 丝 可 能 脱焊
,

使 试 验 失败

法 虽 然 能 克 服 前 一 种 的 一 些 缺 点 但 仍 存 在 某 些 不 足 一 是 热 电偶 干 扰 了 叶 片 的 温 度 分 布 二 是 严 重 影 响薄 壁 转 子 叶 片和 导 向 叶 片 的 结 合完 整 性 由 于 铸 造 薄 壁 叶 片 技 术 的迅 速 进 步
,



使 得 在 许 多 型 面 的位置 上 安 装 热 电偶 变 得 不 可 能
足 航 空 发 动机 发 展 的需 要




因此

必 须 发 展 新 的高 温 测 试 方 法

,

以满

薄膜 热 电 偶 川

,
,

直 接 安 装 在 叶 片表 面 而 不 需 去 除 其 表
面 材 料 的 薄 膜 温 度 传感 器
, ,

魏 日

一改过去的以丝
,

状 或 块 状 材 料 为 传感 器 的 敏 感 元 件 的 传 统



应 用 真 空 镀 膜技 术把 传 感 器 直 接镀 制在 叶

片表 面 上 如 图
叶 片 的 内部 换 热
?

所示
,



传感 器 本 身 不 干 扰
,

也 不影 响 叶 片 表 面 的 燃 气 ℃ 的环境温 度 运行




,

能够承 受高达

时 间超 过
面结构很 小

小 时 而 不 降低 其性 能
,

对于壁

如 叶 片排 气 边 邻 近 区 域


或 壁 面 打 孔 进 行 外 部 气 膜冷 却 的 区 域


溅 射 薄膜 热 电

偶 可能 是 直 接 测 量 表 面 温 度 的 比较 实 用 的方 法
式 传感 器 的 寿 命
双 谱 带 高温 计

经验表明

溅 射 式 传感 器 寿 命 超 过 常 规 嵌 入

早期 的 涡 轮 高 温 计 系 统 曾 用 以 诊 断 研 究
球 的 反 射 能量 叠 加 在 高 温 计 信 息 上 了一种双 谱带高温 计 系统 的 高 温 计分 别 对 不 同的波 长 带 敏 感 是不等的




控 制 应 用 以 及 发动 机 状 态监测




由于 燃 烧 室 火
?

,

引起 高 温 计 指 示 的 叶 片温 度 总是 偏 高
,



惠公 司研 制

反 射 校 准 或 修正 技 术基 于 下 述 原 理
,

两个经黑体校准 了
,

,

经 受 来 自 比 被 测 叶 片表 面 温 度 高 的 热源 的 反 射 能 量 作 用

选 择 两 个高 温 计 的 不 同 的谱域


使 它 们的 指 示 温 度 有很 大 的差 值 写或 更 少
,

以 此 表 明反 射
,

分 量 的存 在
有效 的


实践 证 明

,

如 果 反 射 能 量 占高 温 计 信 号 整 个能 量 的
,

那 么该 技 术是

对 更 高 的反 射 能 量 值
先 进 的 双 谱 带 高温 计

则误 差过 大

不宜 采用



改进 后 的 双 谱 带 高 温 计
,

将 允 许 更 小的 靶 点 尺 寸


,

增 加 频 率 响 应 和 减 少 电子 漂
,

移 光学 系 统 的 增 益 能 产 生 更 大 的 电 信 号 和 更 大 的 信 噪 比 由于 阻 止 输 入 反 射 源 温 度 的 反 射 校 准 系 统 将 适 当地 控 制 更 大
不过
,




的反 射部 分



在 一 些 先 进 的发 动 机 部件上


,

在 叶 片上 观 察 的 反 射 能 量 已 趋 向达 到 这 一 水 平
它 仍 然 不 能 满 足 在 涡 轮进
,

口导

向 器 或 燃 烧 室 火焰 筒 表 面 进 行 测 温


如 涡轮进

口导

向器 等部件

反射 能 量 预 计要 高达 整 个高 温 计信号 的

主 动 式 高温 计












主 动 式 高 温 计 的技 术 不 需 要 考 虑 反 射 辐 射 修 正 值

叶 片表 面 温 度 被 一 个 外 部 能 源
,


诸如

激光器

在 一 个 已 知频 率 下 调 制


,

以 调制 频 率进 行 的 同步 探 测

用 来 在 两 个 或更 多 的谱带 中
反 射 辐 射 部分 作 为
,

测量表 面 的能量 波 动
一 个 稳定 的偏 值
,

在 不 同 谱 带 中的能 量 波 动 比 率 是 表 面 温 度 的 函 数


不 影 响能 量 波 动 比率

因此
因此
,

,

在大 量 反 射 辐射 存 在 的情 况 下
,

用 这 种方 法
不过此法 只


对 静 止 的发 动 机 部 件直 接进 行 温 度 测 量 是 可 能 的
能 在 被 调 制 的 一 个 点 上进 行 有效 的 测 量


该 方 法 已 经 通 过 实验 室 评 定
, ,



必 须扩大调制 点
,

以 覆 盖 整 个 导 向器 表 面



为联 合 技 术 研 究 中 心 研 制 的 主 动 式 高 温 计 原 理 的 扩 展

还 有 一 些 允 许 用 扫 描 高 温 计 系统 在 诸


如 涡 轮 进 口 导 向器 等 部 件 上 进 行 温 度 测 量 的 方 法
,

相 位 同 步 探 测 器 就 是 其 中之 一
,

主 动式 高


温 计 虽 然 是 一 种很 有 前 途 的 技 术 然 而 在 它 真 正 应 用 于 导 向 器 之 前 还 有 很 多 问 题 尚待解 决
热 图 关光 法

热 图荧光 技术是 基 于 这 样 的原理

在 被 测 涡 轮 叶 片表 面 上 用 电子 束 方 法 沉 积 一 层


或 度
,



荧光体
,

,

称为

涂层

此 涂 层 在 受 到 由氮 激 光 器 发 出 的


光 照射 后 发 出

与 温 度有 关 的 荧 光

称 为激 光 激 发 荧 光
,

利用


的衰减 时 间 特性 可 确 定 被 测 表 面 温


基 于 这 种 技 术 研 制 的 精 确 测 量 系 统 在 低 温 的应 用 已 经 得 到 验 证 必 须 解决 材 料 和 藕 合 问 题


若要 在 高 温 和燃 气 涡轮

发动 机环 境 使 用 这 种 技 术 种技 术
美国

当前 所 进 行 的 工 作 就 是 致 力 于 扩 展 这

国 家试 验 室 和

国 家 实 验 室 已 研 究 出 一 项 温 度 自动 记 录 的 荧 光
,


上用

技术

遥 测 涡 轮 叶 片表 面 温 度






?

惠公 司在其发动机试验 台
〔 幻
。 。

发 动 机 对 这 项 技 术进 行 了 验 证

其 测 温 装置 如 图

所示

对 于 导 向 器 扫描 高 温 计 的 应 用 燃 气 温 度 测 试技 术 的 发 展 航 空发 动机 的 燃 气 温 度 已达
轮 和 转子 叶片的影 响
,


,

热 图荧 光 法 被认 为 是 一 种 很 有 前 途 的 技 术

越 来越 高 燃 烧 室 出 口
为 了 弄 清燃 气 温 度 对 涡 要 求 控 制 燃 烧过 程


,





靠 传统 的 热 电偶 温 度 计 测 量 已 经 难 以 满 足 要 求

,

因此 发 展 了 一 系 列 测 量燃 气温 度的 新方 光 纤 温 度 传 感器 光 纤 温 度 传 感 器 具 有 高 敏 感性 抗 电磁 干
,







耐腐 蚀




响应快
、 。



衰减 小



稳定性 好
,

,



及 重 量轻

体积 小

易挠 曲等 优 点

较适应 于


航 空航天 领 域

目前 主 要 有 两 种 类 型 的 光 纤 温 度 传 感 器



一种是 利用 光纤 传输 其 他 敏 感 元 件 所 感 受 的

温 度 的变 化

,

经 过 光 电变换 成 光 信 号


,

称 为结
?
?

构 型 光 纤 温 度 传感 器

另一种是 利 用 光纤 本 身

的某 些 特 性

,

如长度



折射率




双 折射率和 光
,
?

司闭

散 射等 随 温 度 而 变化 的 现 象制 成 的 传感 器 称
为物性 型 光 纤 温 度 传感 器 这 里 光 纤 本 身 就 是


第 第

卷 期


航 空 发 动机 高 温 测 试 技 术 的发 展

感温材料

这 两 种 类 型 的光 纤 传感 器


,

正 在扩大使用 范 围

,

成 为 当 前 温 度 传感 器 发 展 最 有 吸

引力 的 方 法 之 一

动 态 补 偿 气体 温 度 传 感器

该 测 量 方 法 是 寻 求 一 条 能 现 场 确 定 修 正 置 于 燃 气 流 中的热 电 偶 探 头 的 有 限频 响 所 需 的 补

偿 频 谱 以 能 研 究 燃 烧 室 燃气 流 动 和 叶 片表 面 热 循 环 普
斯 研 究 中 心 提 出 的动 态 气 体 温 度 测 量 系 统 进 行 过 研 究
量方法 的响应
,


,



?

惠公司于

年代初对

刘易

他 们 采 用 动 态 补 偿 气 体 温 度 热 电偶 测


可 用 于 燃 气 涡 轮发 动机 燃烧 室 出 口 的 温 度 测 量


整 个 系 统 包 括 双 偶 温 度探 针 和 提供

频 率 补 偿 的计 算 机 系统 两 部 分


补 偿 的方 法 是 基 于 这 两 支 不 同直 径 热 电偶 对 于 脉 动 气体 温 度

菜用


法 浏 燃 气温 度 即
,

有高 转 换 效 率 且 信 号具 有 激 光 一 样 的相 干 特性 特 别 适 应 于 检 测 具 有光 亮 背 景 燃 烧 过 程 的 温 度 分布 单 脉 冲 多 路 图
,

,

技 术 在微微 秒量级 的单 一 脉 冲 中能 获 取 整 幅





可 应 用 于 燃烧 的 动 力 学 过 程 研 究
技术

目前

,

国际 上 采用


技 术 对 液 体燃 料 燃 烧 炉




箭 发 动 机 燃 烧 室 等 实 际 燃 烧 体 系 的研 究 还 在 进 行 如图
对 贴壁射流 筒形燃 烧 室

最 近 美 国 加 利 福 尼 亚 大 学 燃烧 实验 室 采 用 进 行 了研 究

?












一一二二 二






二 次 仪表 的 发 展 计 算 机 技 术与 传 感 器 技 术 的 结 合
程 起 动发 动机
, ,

使得 二 次 仪 表更 加 完 善
,



发 动 机 试 验 可 以 使 用 各种 编


按 试 验 程 序 的指 令 记 录 结 果
,

控 制 试 验 工 作 并使发 动 机安 全 停 车

计 算机 还

可 弥补 传感 器 的一 些 缺 陷

诸 如 对 传 感 器 本 身 的 非 线性 进 行 线 性 化 处 理

自动 校 正 传感 器 随











时 间变 化 的 灵 敏 度 和 零 点 漂 移
同时
,

对 环 境 温 度 应 做温 度 补 偿

使 其 具 有 自诊 断 功 能




计 算 机 本 身 技 术 的 发 展 也 使 得 二 次仪 表 在 数 据 采 集 和 处理 方 面 自动化 程 度 越 来 越

。 。





测量通道达到
,


,

,

采 集速 度 达 每秒 几 十万 个

例如

共有


条通 道

,

万个点 秒

配 有 各 类 计 算机

利 用 功 能 分 布 处 理 技 术 进 行 数 据 的实 时 处 理
,

有关 理 论 计 算预测 方 法 的 研 究
由于 现 有 的 测 试 技 术 还 或 多 或 少 地 存 在 着 某 些 局 限 性
同 时 也 由于 航 空 发 动 机 试 验 一 般
,

耗 费高



时间长
, ,

,

因此

,

重 视和 加 强 有关 理 论 计 算预 测 方 法 的研 究


并 与试 验方 法 相 结 合 相


,

互验证和 补 充

意 义重 大
,

例如 验证试 验

国 外 发 展 了一 种 较 系统 的三 维 数 值 分 析 方 法 来估 算 燃 烧 室 出 口 燃 气 温 度分 布 经过三个燃烧室 出
,



用 这 种 方 法 估算 的 结 果
,

口 燃 气温 度 分 布 明显 不 同 的 实 际燃 烧 室 模型 进 行


所 估算 的热 点位 置 与 对 应 的 验证 试 验 所 测 数据 相 当 一 致

用 三 维数 值分析 方 法估
,

算 燃 烧 室 出 口 燃 气温 度 分布
殊 温 度 的研 究 提 出 为求得 的温 度
, ,

可 以 避 免 不 系 统 的试 凑 法


,

大 大地 节 省 人 力

物 力和 时间





内对 有 关 理 论 计 算 预 测 方 法 也进 行 了 一 些 研 究
,

比如

,

某所 通 过 对 小 发 动机 燃 烧 室 出 口 的 特

犷 只要 测 量 若 干 叶高 中 点 的温 度 就 可 代 替 测 几 百 点 出 口 温 度 场


其误差 约



这 是 很 有 实 用 价值 的

结 论 和 建议

随 着 新 型 发 动 机 的设 计 和 新 型 合 成 材 料 在 先 进 发 动 机 中的使 用


,

高 温 测 试 技术得 到


了 很 大 的发 展

许 多 新 的高 温 测 试 技 术 已 得 到 了 应 用


,

一 些 新 的方 法 正 在 研 究 中
。 。

目前 应 继

续 提 高 温 度 仪 表性 能 计算机技术

, ,

精度



灵敏 度和 寿命


,

缩 短 动 态 响应 时 间
,


② 计 算 机 技 术 与传 感 器 结 合 是 发 展 趋 势 传感 器 正 朝 着 智 能 化


它 可 以 弥 补 传感 器 的 一 些 缺 陷

由于 应 用 了

复 合 化 和 集 成 化 方 向发 展



③ 重 视 和 加 强 理 论 计 算 预 测 方 法 的研 究
可 以 节 省人 力


理 论 计算 预 测 与试 验 相 结 合
,

,

相互验证和补
,

物力和 时间

,

提高效率

④ 我 国在 航 空发 动机 高 温 测试 领 域 也取 得 了一 些进 展
很大差距 建 议 加 强 以 下几 个 方 面 的 工 作
,

但 与 国际 先进 水 平 相 比
,

还有
,

制 定 先进 可 行 的发 展 规 划

加大投入

,

集 中 人 力 物 力 重 点 突 破 某 些 新型 传 感 器 以




促 进 航 空 发 动 机 的研 制 中发 展 软 件 技 术
测试 技 术 的 不 足
, ,



未 来 的 传感 器 将 向 智 能 化
,

复 合 化 和 集 成 化 方 向发 展
,

,

因此 应 集

改 造 现 有设 备

发展 微机技 术



加 强 理 论 计 算方 法 的研 究

以 弥补现 有

提高效率




安保 合







, ,

薄 膜 温 度 传感 器 的研 制 及 应 用
法 测温 的 初 步 研 究
,
,

航空 航天 部
国际 航空

伶淑 兰
徐兆顺

涡 轮 叶 片表 面 温 度 与 压 力测 量 技 术

中国航 空 科技 文 献



, ,

?




相关文章:
航空发动机高温材料的发展趋势
航空发动机技术发展现状和趋势看, 世界航空发动机技术正 呈现出一种加速发展的...在当前进行的新型高温材料研究中, 陶瓷基复合材料和碳/碳复合材料最为引人注目...
航空发动机振动测试技术研究
介绍了国内外正在发展中的先进 航空发动机振动测量技术方法,并对它们的测量原理、...高温涡轮叶尖 间隙测量;能在恶劣的环境下工作,适用于 静态和动态的实时检测;...
航空发动机技术
航空发动机试验和测试技术 成刚 沈阳航空航天大学 沈阳航空航天大学 年十月三十 三十日 二 0 一 0 年十月三十日 前 言 航空发动机的研制和发展,进入新世纪,...
航空发动机高温合金材料
制品主要以航空、航天发动机,地面燃机等动力 机械为服务对象其发展主要以动力机械...同时?继续开发新技术并提高现有技术的控制水平?从而提高 各种高温合金铸件产品的...
燃气涡轮航空引擎高温计系统测量误差综述
燃气涡轮发动机高温燃气... 9页 1下载券 光纤温度传感器在航空测... 3页 免费...发展出了使高温计系统能 够实现特定终端用户期望功能的一系列技术: 过热叶片检测...
航空发动机故障诊断方法及测试
航空发动机故障诊断方法及测试 摘要:航空发动机与一般发动机相比较而言,具有结构复杂、零部件多等 特点,在实际的运行中还要求耐高温、高压、高负荷以及高转速,因此,...
我国航空发动机发展
我国航空发动机发展_交通运输_工程科技_专业资料。我...测试工作向前发展,带动新资料、新工艺的革命,但核心...由于战斗机发动机 要在高温、高压、高转速和高负荷...
-航空发动机可靠性研究
本文介绍了航空发动机可靠性在国内外的 摘要: 发展...航空发动机是在高温高压的 环境中以高速旋转的形式...控制测试技术及材料、工艺 等多学科于一身,温度、...
航空发动机的最新发展以及复合材料的应用
深奥的技术以 及苛刻的性能参数,堪称航空发展中的顶...在地面测试和高离心和 G 力 飞行中,中国发动机面临...参考文献: [1] 隆小庆·燃气涡轮发动机高温部件热...
航空发动机叶片材料及制造技术现状
航空发动机叶片材料及制造技术现状_机械/仪表_工程科技_专业资料。在航空发动机中...叶片材料变形高温合金发展有50多年的历史, 国内飞机发动机叶片常用变形高温合金 ...
更多相关标签:
航空发动机高温合金 | 海上高温高压测试技术 | 高温高压气井测试技术 | 航空发动机测试 | 中国航空发动机发展史 | 航空发动机发展趋势 | 航空发动机发展史 | 航空发动机技术 |