用于航空发动机叶尖间隙测量的光纤传感器

设计了用于航空发动机叶尖间隙测量的光纤传感器。介绍了系统工作原理。研究了光纤传感器的输出特性。针对影响因素,采用补偿技术对测量信号进行处理。对传感器性能进行仿真分析,得到了线性的输出特性曲线,同时表明补偿技术能有效地消除各影响因素对输出特性的影响。     

差动式光纤传感器在叶尖间隙测量中的应用

分析了涡轮发动机叶尖径向间隙变化对发动机性能的影响。根据叶尖间隙传感器的使用要求和应用环境：设计了差动式光纤位移传感器进行间隙测量，它采用单光纤传光，两组光纤束接收散射光的结构形式。该传感器能有效消除被测叶片叶尖表面反射率、光源波动等对测量结果的影响。     

电涡流位移传感器测量模型及其在叶尖间隙测量中的空间滤波效应

基于电涡流位移传感器测量原理,建立叶尖间隙的有限元模型.根据涡轮发动机等旋转叶片设备叶尖间隙的结构特征与测量需要,建立了具有矢量特性的叶片点阵模型.分析叶片厚度、叶片转速、传感器敏感区大小、信号采样速率引起的空间滤波效应,以及对叶尖间隙测量结果的影响.研究结果表明,一定叶片厚度情况下,叶片转速、传感器敏感区、信号采样速率存在最低要求,这一结论可为叶尖间隙测量系统设计提供重要理论依据.     

叶尖定时及叶尖间隙测量技术研究综述

涡轮叶片在高速旋转时会因振动产生疲劳断裂失效,造成旋转机械的损坏。叶尖定时测量技术是目前最有前途的非接触式叶片振动实时监测方法,叶尖间隙变化与叶片的振动状态密切相关。因此,实时监测叶片的振动状态和叶尖间隙是保证旋转机械安全、稳定、可靠运行的关键。系统综述了叶尖定时及叶尖间隙测量技术的原理和国内外研究成果,认为目前研究仍处于仿真模拟和实验测量的不完全成熟阶段,今后可在以下方面展开研究:1)将叶尖定时和叶尖间隙测量技术相结合,实现叶片的振动测量;2)进行无键相法的叶片异步振动测量,并投入到工程应用中;3)制定有效的动态标定方案,测量叶片在旋转状态时输出电压与叶尖间隙之间的关系;4)研制能够在恶劣环境下进行高精度、长周期测量的传感器。     

叶顶间隙对压气机非设计转速气动性能影响的试验研究

为研究叶尖间隙对压气机非设计转速性能特性与稳定边界的影响,以某大涵道比涡扇发动机的十级高压压气机为研究对象,在高转速压气机试验器上开展了试验研究.采用精细化的级间参数测量,以揭示叶尖间隙影响多级压气机级间匹配的机理.结果 表明:叶尖间隙增大后,压气机非设计转速的流量减小、效率降低,且间隙对气动稳定性有显著影响,压气机的前面级未出现压比降低的情况,后面级做功能力明显降低,间隙影响主要集中在叶高80％截面以上,使得压气机更容易进入失速状态.     

航空发动机部件防火试验热流计影响因素的数值分析

航空发动机部件防火试验是航空发动机适航验证的重要组成部分。火焰热流密度直接影响防火试验的成败。为提高热流密度测量精度,建立了航空发动机防火试验用丙烷燃烧器三维数学模型。基于水卡式热流计的结构及测量原理,利用Fluent软件模拟了燃烧器火焰热流中水卡式热流计的状态,分析了热流计铜管入口处水温、水流量、燃烧器参数、铜管尺寸对水卡式热流计测量精度的影响。模拟计算的结果可以为防火试验中水卡式热流计的设计制作提供指导。     

基于ESVR信息融合的航空发动机故障诊断研究

提出了一种基于进化支持向量回归机(ESVR)融合的航空发动机故障诊断技术,整合基于模型的卡尔曼滤波器和基于数据的神经网络两种算法对故障诊断的优势,实现了对航空发动机气路部件异常监测,以及故障的定量诊断.解决了发动机模型精度有限和各种故障模式的传感器测量参数有限情况下的气路部件故障诊断精度差、效率低,且容易发生误诊的问题.以某型双轴涡扇发动机典型气路部件故障诊断为例,验证了基于ESVR信息融合的故障诊断技术的有效性.     

基于电涡流技术的叶尖间隙及定时测量研究

透平机械叶尖间隙以及叶片的振动幅值是表征叶片健康状况以及进行叶片故障预测的重要参数。本文提出一种基于电涡流传感技术的叶尖间隙及振动幅值测量的方法,该方法利用电磁感应原理,通过测试标定获取输出电压信号与叶尖间隙变化的关系,提出在欠采样情况下叶顶间隙的获取方法。运用高速采集装置进行叶尖定时信号采集,获取叶片达到传感器的时间;随后结合电涡流叶尖间隙及定时分析算法对测试信号进行后处理计算,可得到旋转机械在运行状态下的叶尖间隙及叶片振动参数。在搭建的模拟实验台上进行不同运行转速下的测试实验,结果表明该测量方法可以准确获取叶尖间隙值及叶片振动位移值,相较于传统的电容技术及光纤技术具有更强的抗环境干扰能力,适合执行长期的状态监测任务,有较高的工程实践价值。     

航空发动机压气机性能衰退影响因子定量分析

定量分析压气机性能衰退将能确保航空发动机安全运转与及时换发。针对压气机长期运行引起的叶片积垢及叶尖间隙增大等典型衰退机理,引入衰退因子,从压气机原理角度构建不同转速下叶片积垢和叶尖间隙增大的压气机性能衰退定量分析模型。结果显示:随着转速的增加,两种衰退因子引起的压比和效率误差从16.3%、19.4%下降到4%、5%以内,而两种因素共同作用引起的压比和效率误差从17.6%、21.6%下降到5%、6%以内。对模型计算结果进行相关性分析与实测结果吻合,证明了本模型能较好地模拟压气机的衰退状况,对多转子涡扇发动机的研究具有一定指导意义。     

液晶热像测量精度分析及其在湍流传热研究中的应用

通过开展液晶热像校准实验研究,分析了各测量参数对液晶热像测量精度的影响,得到了提高测量精度的有效方法,并对液晶热像技术应用于湍流传热研究进行了分析和讨论.实验结果表明,采用液晶图像滤波技术、控制液晶涂层厚度（>20 μm）、减小光源照射角度以及提高液晶涂层的喷涂质量都有利于提高液晶热像的测量精度.最后,介绍了稳态和瞬态液晶热像技术在航空发动机透平叶片湍流对流冷却中的应用.
     

叶栅梢部与固壁间隙流动的数值模拟

通过求解不可压缩流体RANS方程，对叶栅梢部与壁面之间的粘性流动进行数值模拟，计算模型基于Chorin的人工可压缩性方法，采用Baldwin-Lomax零方程湍流模式封闭控制方程组，针对间隙流动的特殊性，采用流场分块的方法以提高网络生成质量和计算稳定性，数值计算结构和试验数据的比较表明，该方法能够准确地模拟间隙流动。     

叶端定时传感器脉冲信号高速采集系统的FPGA实现

在非接触式高速旋转叶片自动实时监测系统中,要求25μm的振动位移测量分辨率,为采集电路的设计增加了很大的难度。由于信号处理系统用固定频率脉冲填充法计数,实现定时时间的测量。因此采集系统的设计关键问题是:计数器频率达100MHz的24bit高速计数器的设计和利用D触发器使锁存脉冲与100MHz的计数时钟同步,从而解决由于计数脉冲与锁存脉冲不同步所造成的数据锁存失误问题。锁存器的数据由EPP接口采集到计算机中进行处理。实验证实了该系统性能良好,达到预定精度要求。     

叶顶间隙对轴流泵外特性及空化性能影响研究

为探究叶顶间隙对轴流泵外特性及空化性能的影响,基于修正的SST k-ω湍流模型和Z-G-B空化模型,对350ZQ-70型潜水轴流泵进行数值模拟,对比分析不同叶顶间隙下轴流泵的外特性曲线、叶轮流道内的压力脉动、空泡体积分数分布等.结果表明:随着间隙的增大,泵扬程和效率降低;小流量工况下流动失稳现象明显加强,扬程曲线会出现驼峰现象;进口边近轮毂侧比近轮缘侧更易发生空化;设计流量下,轮缘间隙空化首先出现在叶片中部,而不是叶片进口;叶片背面空化会影响相邻叶片工作面压力分布;存在临界间隙值,未达该值前,间隙增大主要降低叶轮的做功能力,对空化性能影响不大,超过该值后,空化稳定性降低,诱导压力脉动;对于实验泵,临界值在1.5~2 mm;随着间隙的增大,轮缘处空化程度不断增强,进口边空化程度反而有所减轻;根据轴流泵叶轮组装结构,从保护轮毂叶轮体的角度考虑,兼顾做功能力和运行稳定性,实验泵选择间隙为1.5 mm较为合适.     

轴流通风机叶顶区域流动的实验研究

将粒子图像测速(PIV)技术应用到低速轴流通风机实验台上,在设计工况下对轴流通风机转子叶顶区域的瞬态速度场进行了实验测量,对3个不同叶顶间隙高度,分别测量得到了在3个不同周向平面上的速度．同粒子多普勒测速仪(PDA)时均测量结果进行比较,认为PIV可以得到与PDA相近的测量精度．根据PIV实验测量结果,重点研究了叶顶泄漏流动的涡旋结构,叶顶泄漏涡位置的不稳定性和锁相平均后的叶顶泄漏涡涡心的轨迹,并将实验结果与原有模型进行了比较．结果表明,叶顶泄漏涡涡心的运行轨迹与原有模型得出的估算公式的计算结果接近。     

轴流泵叶片外缘修圆对泵性能的影响

为了改善轴流泵叶顶间隙的流动,减少其空化空蚀的发生,通过3种方案对轴流泵叶片外缘进行修圆角.利用计算流体动力学软件FLUENT对不同方案下的间隙流场进行数值摸拟研究,重点分析叶片修圆前后叶顶间隙流场的压力分布和速度分布规律.结果表明,修圆叶片压力面外缘有利于改善间隙流场的流动,可降低间隙空化空蚀的发生,而对泵的总体性能影响不大.     

基于磁场强度的锅炉管内氧化皮测量精度实验

因高温高压蒸汽作用,超临界电站锅炉受热管内易形成氧化皮,氧化皮的剥落会堵塞管道,发生超温爆管。提前探测氧化皮的状况并采取相应措施对预防爆管十分必要.文中在比较几种氧化皮探测方法的基础上,应用磁场检测法,通过实验研究了探头与管道的间隙、探头与管径的偏角、永磁体相对氧化皮的位置等因素对磁场探测结果的影响,发现间隙小于1.07mm、角度偏离中法线25.9°内、相对位置在26.4°内时,测量误差可控制在5%的工程误差以下,且探头与管道的间隙是影响磁场测量结果的主要因素;随着偏角与相对位置的增大,测得的磁场强度呈指数增长.