一种同时测量涡轮叶片叶尖温度和应变的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110260919A(43)申请公布日2019.09.20(21)申请号201910537019.2(22)申请日2019.06.20(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人王超段英张泽展喻培丰苟学科姜晶(74)专利代理机构电子科技大学专利中心51203代理人陈一鑫(51)Int.Cl.G01D21/02(2006.01)G01M15/14(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种同时测量涡轮叶片叶尖温度和应变的方法(57)摘要本发明公布了一种同时测量涡轮叶片叶尖温度和应变的方法，属于航空发动机测量技术领域。通过安装在机匣上一个采集辐射信息的光学探头和转轴端部的转速同步传感器测量叶片转速信息和叶尖辐射信息，经过后期数据处理，得到一周期内的叶尖辐射脉冲波形，低电平的辐射值代入黑体炉标定后经两点校准修正的V-K函数关系求得叶尖温度。叶尖应变通过测量低电平信号周期，计算发生应变后的叶尖长度与原长对比，代入应变测量公式测得。通过一个光学探头采集叶尖辐射信息，充分利用波形周期和幅值信息，实现叶尖应变和温得的同时测量，为实时分析涡轮叶片热载荷提供了切实有力的依据，保证了发动机的正常运转。CN110260919ACN110260919A权利要求书1/1页1.一种同时测量涡轮叶片叶尖温度和应变的方法，该方法包括：步骤1：线下采用标准型黑体炉标定黑体辐射电压与温度的对应曲线，并对该曲线进行修正；步骤2：转速同步传感器测量得到转速脉冲波形，计算脉冲周期T；步骤3：通过光学探头测量运行初期充入燃气后的涡轮叶片尖端辐射电压，得到原始脉冲波形，计算低电平的时间t0,可计算叶尖原宽为R为叶片旋转半径；步骤4：在发动机实际运行时，通过光学探头实时采集涡轮叶片尖端辐射电压，脉冲波形包括叶尖和燃气的辐射电压V,以及低电平时间t1…tn；步骤5：步骤4所得到的辐射电压低电平信号代入到步骤1修正后的V-K函数关系，计算出叶尖实际温度K；步骤6：步骤4所得到的低电平时间t1…tn，代入到步骤3的公式，计算得到每个叶片的叶尖宽度L1…Ln；步骤7：步骤6所得到的每个叶尖长度和步骤3得到的叶尖原长代入到如下应变测量公式中：得到涡轮叶片叶尖应变ε；步骤8：对涡轮叶片叶尖应变ε采样，得到综合应变ε终i。2.如权利要求1所述的一种同时测量涡轮叶片叶尖温度和应变的方法，其特征在于所述步骤1中的具体方法为：将黑体炉以步长为1℃进行依次升温，每次升温后稳定半小时，再采用光学探头测量该温度点的辐射电压，得到n组电压-温度信息，采用1stopt拟合得到V0-K0关系曲线，其中V0表示辐射电压，K0表示温度；再通过热电偶在叶片表面设置多处温度采集点，在工况下，采用热电偶获取采集点的温度，采用光学探头获取采样点处的辐射电压，采样多组工况下温度对应的辐射电压，取工况下获得数据中最高温点和最低温点的辐射电压与黑体炉对应两温度点的辐射电压中的组成两个二元一次方程，再计算从黑体炉辐射方程变化到热电偶辐射方程的变换系数，采用该系数修正之前得到的V0-K0曲线，得到修正后的V-K关系。3.如权利要求1所述的一种同时测量涡轮叶片叶尖温度和应变的方法，其特征在于所述步骤8的采样方法为；步骤8.1：首先第一个脉冲周期T内随机选出一个应变作为初始ε0；步骤8.2：在接下来的1000m个脉冲中选择出X(ε0)＝|8000(0.005-ε0)|个应变，其中m表示1个脉冲周期内的脉冲个数，|·|表示取整，再对选出的应变求平均，得到此时的综合应变ε终1，将得到的ε终1实时输出；步骤8.3：在后续接下来的每1000m个脉冲中选择出X(ε终i-1)＝|8000(0.005-ε终i-1)|个应变，再对选出的应变求平均，得到此时的综合应变ε终i，将得到的ε终i实时输出。2CN110260919A说明书1/4页一种同时测量涡轮叶片叶尖温度和应变的方法技术领域[0001]本发明属于航空发动机测量技术领域，公布了一种针对涡轮叶片叶尖温度和应变同时测量的方法。背景技术[0002]随着航空发动机推重比的不断增加，涡轮进口温度不断攀升，目前涡轮叶片进口温度最高达到2000～2250K。承受着高温度、高转速、复杂气动激振力和较大离心载荷复合作用的航空发动机涡轮叶片,容易发生断裂故障,从而导致发动机和飞机严重事故。随着低循环疲劳基础试验技术水平的提升,发动机涡轮叶片主要失效模式已由传统的静强度失效转换为高温下的振动疲劳失效,为了确保涡轮叶片工作在正常的工作状态，必须进行涡轮叶片温度及振动应力测量。为此国内外进行了广泛研究。首先，针对涡轮叶片温度测量，传统的接触式测温法需要传感器