辐照晶体安装方式对测温影响的数值仿真研究

辐照晶体温度传感器可实现对加热过程中最高温度的测量,主要基于中子辐照缺陷随高温恢复的性质,其残余缺陷浓度与经历的最高温度存在对应关系。由于辐照晶体的体积小、测试过程无需引线连接和无需电源供电的优势,其可方便大规模安装在被测物表面。以飞行器外表面热防护层温度测量为例,分别对表面粘贴及埋入式两种安装方式下的被测温度场分布情况进行了仿真分析,得到了隔热瓦及辐照晶体在全历程下温度随时间的变化情况。通过比较二者所经历的最高温可知,表面粘贴式方案比埋入式方案的测量精度更高。研究成果为后续真实飞行试验中的安装及测试提供一定的理论支持。     

MEMS高温温度传感器的研制和测量精度研究

智能航空发动机及其他机械系统的智能化需要原位集成制造的传感器,为此制作了发动机涡轮叶片原位集成高温温度传感器,该高温温度传感器采用MEMS微制造工艺将厚度在微米量级的微小传感器原位集成在航空发动机涡轮叶片表面,利用微技术制造的传感器和标准的热电偶进行了一系列的高温温度试验和一系列细致的高温温度表征测量研究。该微制造工艺攻克了两项技术难关：曲面表面的光刻技术和高温绝缘层的制作技术。涡轮叶片表面原位集成的微传感器不仅可以原位测量高达800C的环境温度,并且具有很高的机械强度,可以承受高达40g的振动和100g的冲力。研究还表明,在高温测量的环境下,高温温度的测量精度和高温环境的温度场（高温温度的空间分布与升温时间迟豫）密切相关。由于高温环境温度场的差异,可以产生高达10%的测量本征误差。     

MEMS高温温度传感器的研制与测量精度研究

航空发动机智能化及其他机械系统的智能化需要原位集成制造的传感器,为此研制了发动机涡轮叶片原位集成高温传感器.该高温传感器采用MEMS微制造工艺将厚度在微米量级的微小传感器原位集成在航空发动机涡轮叶片表面,利用微技术制造的传感器和标准的热电偶进行了一系列的高温测量试验和一系列细致的高温温度表征测量研究.该微制造工艺攻克了两项技术难关:曲表面的光刻技术和高温绝缘层的制作技术.涡轮叶片表面原位集成的微传感器不仅可以原位测量高达800℃的环境温度,并且具有很高的机械强度,可以承受高达40 g的振动和100 g的冲力.研究还表明,在高温测量环境下,高温测量精度和高温环境下的温度场(高温温度的空间分布与升温时间迟豫)密切相关.由于高温环境温度场的差异,可以产生高达10%的测量本征误差.     

压气机转子叶片表面温度测试

介绍了一种应用于航空发动机旋转件表面的温度测量方法,即使用测温片完成某航空发动机压气机转子叶片的稳态温度测试.试验结果表明,传感器安装及引线可靠,且具有较高的测量精度.该方法可推广应用到其他相关领域.     

航空发动机高温测试技术的研究进展

温度测试对于航空发动机设计与研制有极其重要的意义.航空发动机高温测试技术主要应用于热端部件高温燃气与壁面温度的测量,对于发动机燃气涡轮设计和了解燃烧室中的燃烧过程具有重要意义.主要介绍了热电偶测温、示温漆测温、红外光谱测温、晶体测温、蓝宝石光纤测温、超声波测温等目前航空发动机高温测试的方法及特点,对航空发动机高温测量方法的应用现状进行了分析,并对航空发动机高温测试技术的发展趋势进行了预测.     

高温薄膜热电偶典型制备工艺研究现状分析

随着航空航天飞行器性能的不断提升,对温度传感器的要求不断提高,不断趋向于更高温度、更快响应、更小体积。薄膜热电偶因具有响应速度快、热接点小、便于集成等优点,非常适用于航空发动机涡轮叶片、燃烧室内壁、高温燃气进出口、高超声速飞行器表面等极端高温环境下的瞬态温度测量。对于薄膜热电偶来说,它的制备工艺显得尤为重要,因此分别从溅射工艺参数和热处理工艺参数两方面对薄膜热电偶的研究现状进行了汇总介绍和分析。     

航空发动机叶片丢失整机响应及安全性分析

为了研究航空发动机结构叶片丢失后整机响应与连接结构安全性,在瞬态显式动力学软件ANSYS/LS-DYNA中建立了真实大涵道比涡扇发动机的全三维有限元模型,并开展了一个转动周期的仿真计算。结果表明:丢失叶片与包容机匣及追随叶片的撞击过程中,撞击力分别在叶尖首次撞击机匣、叶片根部受追随叶片撞击、叶根撞击包容机匣时出现峰值;风扇机匣与承力结构的位移和应力最大值区域随着丢失叶片运动而变化,且始终发生在丢失叶片同一方向上。前轴承和中轴承所受载荷较大,后轴承载荷较小,且随着发动机转动近似正弦曲线。前安装吊耳处位移最大,其次为推力杆前端,后吊耳处位移较小。     

涡轮后排气温度摆动故障仿真研究

介绍了一种航空发动机低压涡轮后排气温度Tt摆动故障仿真研究方法,分析了导致航空发动机低压涡轮后排气温度摆动故障的典型原因.应用虚拟仪器编程技术,采用模块化编程思想,建立了低压涡轮后排气温度控制系统仿真平台,实现了实际试车过程低压涡轮后排气温度Tt摆动的故障仿真.在传感器信号回路串入低通滤波器进行滤除干扰仿真,根据仿真结果提出了排除Tt摆动故障的方法.经试车验证,此仿真平台能有效指导航空发动机低压涡轮后排气温度控制系统故障排除.     

基于热电堆的新型高温薄膜热流传感器的研制

精确的热流测量对航空发动机设计至关重要,实时监测和获取发动机涡轮叶片表面精确的热流分布可以为航空发动机热端部件设计提供依据,也可以进行状态监测和故障诊断。薄膜热流传感器具有体积小、响应速度快、对工作环境的流动干扰小等优点。然而,目前能够应用于高温高热流环境中测量的薄膜热流传感器在灵敏度方面仍然存在较大的局限性。本文设计和制造了基于铂铑热电堆的新型高温薄膜热流传感器。该传感器由Pt/Pt-13Rh薄膜热电堆、底层SiO2/Al2O3热阻层、顶层Al2O3保护层组成,底层SiO2/Al2O3热阻层位于Al2O3陶瓷基底和热电堆之间。传感器分别在0-110 kW/m2的热流和1000℃的温度下进行了测试。测试结果显示,传感器的输出与施加的热流表现出良好的线性关系,灵敏度为8.04×10?6 V/(kW/m2),实验数据与仿真结果相近。具有Al2O3保护层的传感器在1000℃中保温3小时后电阻、灵敏度及响应特性基本上不受影响。设计的新型高温薄膜热流传感器具有较高的灵敏度和可靠性,将为高温环境中的热流测量提供一种新方法。     

基于神经网络的涡轮叶片结构模态仿真

针对工作在复杂环境下的航空发动机涡轮叶片模态特性在工作环境变化下会发生相应的变化,应用有限元分析软件ANSYS对航空发动机低压一级涡轮叶片进行了模态仿真,并在ANSYS概率设计模块中应用响应表面法和蒙特卡洛法模拟了旋转软化、应力强化、温度梯度和材料参数的分布,以这四类变量的分布为神经网络的训练样本,应用遗传算法优化后的三层BP神经网络对该样本进行训练,得出固有频率的分布,从而得到了以上四类变量的变化对固有频率的影响.仿真结果与实际吻合较好.     

航空发动机碳纤维复合材料风扇叶片叶尖间隙测量研究

动叶片的叶尖间隙参数直接决定航空发动机的工作效率和运行安全，随着发动机朝着质量更轻、运转效率更高的方向发展，碳纤维复合材料(CFRP)被广泛应用于大涵道比航空发动机风扇叶片的设计，然而材料导电性会影响间隙测量结果。提出了一种基于电容法的CFRP叶片叶尖间隙测量方法；利用显微观察和元素分析，获取了CFRP叶片导电性规律，建立了仅碳纤维层参与构成电容器极板的叶尖间隙测量模型；开展了金属叶片和CFRP叶片叶尖间隙测量的仿真和实验，结果表明，两种叶片在不同间隙值下的电容输出呈比例关系，CFRP叶片的叶尖间隙测量精度优于45μm;完成了某型大涵道比航空发动机的测量试验，验证了航空发动机CFRP风扇叶片叶尖间隙测量方法的可行性和可靠性。     

基于主元分析法的航空发动机传感器故障诊断研究

主要研究了主元分析方法在航空发动机传感器故障诊断中的应用,并提出了主元分析法故障诊断算法。假设只有传感器故障情况下,将传感器测量值所组成的测量空间分解为主元和残差两个子空间,并通过传感器实际测量数据与正常数据矩阵在残差空间上的投影做比较,对传感器故障进行故障诊断;针对航空发动机的压力温度转速等传感器常见的故障,通过运行故障仿真平台绘制了其多元统计特征图;分析仿真结果表明,主元分析法对航空发动机传感器具有很好的故障检测和故障诊断能力。     

流延共烧结制备高温转速传感器研究

针对传统的用于航空发动机的电涡流式高温转速传感器由于材料本身的限制,不能用于高温环境测量的问题,采用流延共烧结工艺制备了高温转速传感器。实验结果证明:采用该工艺制备的高温传感器能够使电涡流转速传感器在1 200℃下,测量精度保持在1%以内。     

基于数字孪生的航空发动机低压涡轮单元体对接技术研究

提出一种基于数字孪生的航空发动机低压涡轮单元体对接技术,以某型航空发动机总装装配的低压涡轮单元体对接安装关键过程为对象,采用数字孪生技术,通过对环境、工艺过程中的物理对象建模,并使用多传感器进行模型与物理对象之间数据映射与互联,实现航空发动机低压涡轮单元体对接工艺过程与3D虚拟对接仿真过程的物理融合、模型融合、数据融合。通过数据在虚拟仿真环境中的可视化展示与分析,实时预警及决策,并借助物理终端控制实现低压涡轮单元体对接安装过程的实时位姿调整,提高了真实对接过程的可视性、可达性、可操作性和可预测性。基于数字孪生的低压涡轮单元体对接技术可保证在复杂装配条件、高精度要求下,真实单元体装配过程的无磕碰对接,减少操作人员劳动强度。     

陶瓷基底薄膜热电偶的研究现状及发展趋势

随着航空发动机推重比的不断提升,发动机热端部件的工作温度也不断提高,对高温测量也提出了更高的要求.未来航空发动机将采用陶瓷基底复合材料制造叶片,因此以陶瓷为基底的高温薄膜热电偶成为当前的研究热点.介绍了国内外陶瓷基底高温薄膜热电偶的研究现状以及工艺参数对薄膜制备过程的影响,并指出其存在的问题,最后对高温薄膜热电偶的发展...     

光纤Bragg光栅流量传感器

采用靶式结构作为光纤Bragg光栅流量传感器的换能元件,其中两片光栅分别粘贴于等强度悬臂梁的上下两表面。采用双光栅粘贴方式对传感器进行温度补偿,有效的解决了应变与温度交叉敏感的问题,提高了测量灵敏度。实验表明该靶式光纤Bragg光栅流量传感器的载荷响应灵敏度为33.6pm/kg,测量精度为0.5%。     

航空发动机加力火焰检测的试验验证

为了准确获取航空发动机加力燃烧室火焰燃烧情况进行推力控制，针对航空发动机控制系统中加力火焰检测的作用，分析了基于离子火焰传感器的加力火焰检测工作原理。根据离子火焰传感器在航空发动机中的实际安装情况，分析提出了影响加力火焰检测的因素，包括离子电流的汇流面形状、离子火焰传感器电极与汇流面的相对距离、燃烧温度以及离子火焰传感器电缆的寄生电容。通过搭建燃烧试验平台进行试验，验证了离子火焰传感器在航空发动机实际安装使用中各影响因素对离子火焰传感器采集值影响趋势，试验结果可用于航空发动机加力状态检测相关故障的排查。     

胶粘剂对表贴式聚酰亚胺光纤布拉格光栅应变传递的影响分析

光纤布拉格光栅传感器用于测量结构的应变时,需与被测基体相粘黏,使其与基体协调变形,故胶粘剂的选取对其测量结果有直接的影响。针对此问题,本文对表面粘贴式应变传递模型进行了改进,建立了更为合理的模型,并通过理论分析出了影响应变传递率的主要因素,得到了其传递率随胶体剪切模量的增大而增大的结论。通过控制变量法,用480胶、AB胶、401胶、环氧树脂、3311胶这五种不同胶粘剂,将聚酰亚胺光纤光栅粘贴于等强度梁表面进行对比实验,得到了相应的应变传递率,其结果与理论模型计算值相比误差在5%左右,为表面粘贴式光纤光栅测量应变的工程应用提供了重要的参考。     

航空发动机智能温度传感器最优分布式决策研究

分布式控制是航空发动机控制系统发展的重要方向.对于实现同一功能的多余度智能传感器,提出了一种最优分布式决策的数据融合判决方法.以涡轮后燃气温度T4智能传感器为研究对象,进行了分布式统计判决仿真,并与最优中心决策以及最优似然比决策作了对比分析.实际仿真结果表明,中心式判决具有最好的判决性能,而在分站以及同一种压缩律下,最优分布式决策明显优于最优似然比决策.     

转子叶片低介入叶端定时测量技术

转子叶片是航空发动机与燃气轮机关键但易损的零件,叶端定时作为一种非接触式振动测量技术,被认为是发动机叶片监测的有效手段。叶端定时测量需在机匣上安装叶端定时传感器,受增重、安全、安装等因素制约,必须以安装最少数量传感器为前提条件开展测试。因此,减少传感器数量,开发低介入测量技术对于叶端定时的实际应用具有重要意义。围绕少传感、低介入需求,提出了基于主动混叠和解混叠的双传感测量方法和基于采样-混叠频率分布的单传感测量方法,以克服少传感测量信号严重欠采样的问题。分别对匀速和变速工况下叶端定时叶尖振动参数(固有频率、激励阶次等)进行辨识。所提出的单/双传感低介入方法均遵循以“混叠利用”代替“混叠抑制”的思想,为以叶端定时在内的欠采样信号分析提供了新思路。在此基础上总结出低介入叶端定时测量理论,分析了少传感测量所须遵循的基本原则。仿真分析和实验分析验证了所提出的低介入测量方法的有效性。