航空发动机高温测量技术

<正>航空发动机高温测量,主要是指对热端部件(燃烧室、涡轮)高温燃气与壁面温度的测量。新型航空发动机为追求更高的推重比,必然提高涡轮前燃气温度。在这种高温环境下工作,发动机的结构故障频发。因此,研究热端部件在高温临界应力下的工作。提高冷却效果,使热端部件能在寿命极限温度下连续工作,都迫切需要对高温燃气温度和热端部件的温度分布进行测量。理论上讲,所有与被测对象温度呈单调关系的可定量测量特性参数,都可用于温度测量,因此温度的测量方法和技术非常多。但考虑到测试空间、测试受感部安     

带补偿加热的GH4169间的接触热导测试研究

针对航空发动机热端部件的材料特性和工作环境特点,自主研制了带有补偿加热装置的高温、高压接触热导(TCC)测试系统.设计使用纯铜作为热流计材料,使其对于热导率不明确或随温度变化较大的高温合金同样具有较好的适用性.针对航空发动机热端部件常用结构材料GH4169/GH4169在不同界面压力(60～180 MPa)和不同界面温...     

航空发动机部件试验设备

航空发动机部件试验设备剑桥大学向ＥＳＨ试验有限公司订购了一种热力疲劳（ＴＭＦ）试验机，用以测定航空发动机部件和其他材料的寿命。这种ＴＭＦ系统可模拟涡轮叶片工作温度的急剧变化（高达１０００℃），同时保持发动机高速旋转时产生的机械负载。这套设备采用了一种...     

航空发动机涡轮叶片晶体测温技术研究

针对航空发动机涡轮叶片温度测量的技术难题,介绍了1种晶体测温传感器的技术特点与技术优势。结合晶体测温技术的工作原理简述了测温晶体的制造方法,论述了测温晶体的安装、拆除工艺和标定试验方法,并利用测温晶体测量了涡轮叶片表面温度。结果表明:测温晶体在发动机内流高温、高压、高速燃气流的冲击下和叶片高速旋转的工况下附着牢靠,未出现脱落的情况,试验成活率为100%,获取到了精确测点的温度值,是解决航空发动机涡轮叶片等热端部件特殊位置表面温度测量的1种方法。     

航空发动机高温包覆热电偶研制

为实现高温条件下发动机内部部件的温度测试,研制了1种耐温1500℃的高温包覆热电偶。通过对其进行结构设计、材料选取、包覆工艺的研究,确定了1500℃高温包覆热电偶的材料及制作方法。通过耐高温试验、绝缘电阻试验、相容性试验及检定校准与验证,证明了1500℃高温包覆热电偶的发动机测温工程实用性。将包覆热电偶使用温度提高到1500℃,可以部分代替铠装热电偶,解决发动机内部一些高温部件和复杂结构细径铠装热电偶无法测量的难题。     

ICIO合金TLP扩散焊技术

航空科学技术的发展,促使航空发动机性能不断提高,具体体现在航空发动机朝高温、轻量化方向发展.目前用于制造航空发动机热端部件的高温合金无法满足高推比发动机耐温性能的要求,于是开展了Ni3Al基金属间化合物材料等新型高温材料的研究.由于Ni3Al金属间化合物原子的长程有序结构和原子间金属键及共价键共存[1],使其具有熔点高、密度小、抗氧化性好和耐温强度高等特性,在高性能航空发动机中有很好的应用前景.     

叶尖粗糙度与倾角对光纤传感器输出特性影响

航空发动机涡轮叶片叶尖间隙变化影响发动机效率也蕴含丰富的发动机健康状态信息。实际叶尖间隙变化表现为3维变化,且叶尖表面受高温气流剥蚀等影响表面粗糙度发生变化。为探究其对光纤传感器测量叶尖间隙精度的影响,利用ZEMAX光学仿真软件分析了双圈同轴式光纤传感器在叶尖表面粗糙度变化和倾角变化影响下的输出特性,并搭建3维叶尖间隙静态标定平台对上述影响进行试验。结果表明:粗糙度和倾角增大均导致传感器灵敏度降低、零点位置后移。该结果为实现叶尖间隙变化的3维精确测量提供理论和试验依据。     

航空发动机热障涂层导电性能研究

传统的航空发动机热障涂层主要关注点是其热绝缘特性及可靠性的研究,并且已经形成了一整套基于YSZ的热障涂层技术,但是缺乏热障涂层高温导电性能的研究。另一方面,基于对航空发动机智能化的要求,需要在涡轮叶片表面制造电学器件(传感器),所以有必要对航空发动机热障涂层的电学性能进行相关的研究。研究了YSZ热障涂层在高温下的电学性能,提出了能提高其高温电绝缘性能的技术方法:可以对YSZ热障涂层喷涂配方进行改良。试验证明,在涂层中加入一定含量的氧化铝可以把热障涂层的高温电绝缘性能提高4个量级,可以满足在涡轮叶片热障涂层之上制作微传感器的实际工程需要。此外,利用计算机仿真技术对高温环境下的热障涂层复合结构进行了电学性能的综合分析,分析的结果证明,在传感器/热障涂层/涡轮叶片基底的复合结构当中,热障涂层表面的传感器电流的高温特性是各层材料的导电性、传感器与热障涂层的结构与尺寸的综合函数。     

光纤传感器在测量领域的发展与应用

光纤传感器是近年来发展起来的一种新型传感器的技术，本文介绍了两种不同类型的新型光纤传感器的结构原理及在不同领域的应用，并介绍了光纤传感器在测量领域广阔的应用前景。     

中国航空发动机涡轮叶片用材料力学性能状况分析

简述了国内外航空发动机涡轮叶片用材料的发展,对中国航空发动机涡轮叶片用材料中的变形高温合金和铸造高温合金的拉伸、持久、疲劳性能进行了比较,分析了目前中国航空发动机涡轮叶片用材料性能数据十分缺乏的现状。     

光纤F—P腔压力传感器的研究进展

光纤F—P腔压力传感器因其独有的优点广泛应用于军事、民用领域。国内外诸多高校、科研院所都在对其进行研究。本文介绍了光纤F—P腔压力传感器的研究进展,对全光纤结构F-P压力传感器、激光加工微型光纤压力传感器、二氧化硅膜片压力传感器的结构和制作过程进行了总结,并对利用MEMS制作压力传感器的工艺进行了详述,对比分析了不同加工工艺下传感器的性能及其优缺点。     

航天器用薄膜温度传感器的研制及性能研究

飞行器以高超声速飞行时瞬间温升可达1 600℃以上,为了保证飞行器的可靠和运行安全,准确实时测量热防护系统表面温度显得尤为重要。针对高温环境实时测温的技术难题,结合磁控溅射技术和陶瓷烧结技术,提出了一种引线和传感器基底一体化的微小型高温薄膜温度传感器结构。采用高温检定炉对传感器陶瓷基底的高温绝缘性进行了测试,并使用多种微观形貌表征方法对传感器主要结构材料进行筛选,得到薄膜温度传感器制备所需的最佳材料组合。进行了薄膜温度传感器静态标定和综合性能高温考核试验,结果表明,所研制传感器灵敏度、重复性的变化与标准热电偶基本保持一致,在实际环境温度低于1 500℃时,传感器测量误差不超过4‰,可在1 200℃高温环境中连续准确测温6 h以上,且测温上限高达1 800℃,验证了该传感器在高温环境中进行测温的可行性和实用性,为航天器表面温度测量和热防护系统优化提供科学依据。     

航空发动机涡轮叶片涂层热电偶测温技术

针对航空发动机涡轮叶片测温难题,设计了一种与叶片一体化集成的涂层热电偶温度传感器。利用热喷涂技术进行温度传感器的原位制造与微加工,并对样品进行了静态标定试验、高温高速燃气冲击试验、高速旋转轮盘试验等系列性能考核,通过理论模型的建立,讨论了涂层对测温结果的影响规律。试验及仿真计算结果表明:涂层热电偶传感器测量精度达到Ⅰ级标准热电偶允差等级,并能在高温、高转速、复杂的气动激振力及大离心载荷下可靠稳定工作。该技术可实现航空发动机涡轮叶片表面温度实时监测与精确测量,为叶片设计定型及改进提供了1种新的技术手段。     

BN/SiBCN light-leakage-proof coatings of silica optical fiber for long term sensors at high temperatures

SiBCN and BN/SiBCN light-leakage-proof coatings were prepared on silica optical fibers for sensing applications at high temperatures. Scanning electron microscopy was used to characterize the surface morphology and microstructure of the coated fiber. Mechanical and optical properties of the coated fiber were characterized by Raman, optical and tensile tests. Compared with the original fiber, the tensile strength of SiBCN and BN/SiBCN coated fiber show an increase of about 60% and 90% at room temperature, respectively. In addition, the tensile strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber was increased by about 42% at 700 °C. It has been found that the improvement of the strength of BN/SiBCN coated silica optical fiber is related to the healing of defects and residual compressive stress in fibers. From the light transmittance performance of the coated fiber, it was found that BN/SiBCN double coating could be an ideal total reflection solution to protect silica optical fiber from light leakage during high temperature sensing operation.     

机载燃油密度传感器高低温静态试验技术

为了验证航空机载燃油密度传感器在高温燃油和低温燃油中的燃油密度测量精度，运用阿基米德原理对高低温静态验证试验技术进行了研究。设计和提出了一种新的高精度航空机载燃油密度传感器高低温静态试验装置和方法。研究结果表明：试验装置密度测量系统的测量最大误差为-0.077%，符合试验装置测量精度为受试品测量精度4倍及以上的规定（受试品测量精度为0.4%）。结果通过了C919总体设计单位和美国Parker公司的评审，能可靠地验证航空机载燃油密度传感器在高温燃油和低温燃油中的燃油密度测量精度，为航空机载燃油密度传感器工程应用和装机试飞提供了试验数据支撑。     

光纤F-P腔传感器波分复用技术研究

描述了一种光纤F-P传感器的多路复用解调技术,该技术采用一个4通道的粗波分复用器（CWDM）和一个40通道的密集型波分复用器（DWDM）构成多路复用系统,利用探测器对系统输出光能量进行检测,通过插值法对采集信号进行拟合计算,解调出反射光谱的波长值,实现了4支具有相同参数的F-P腔传感器的同时解调。     

发动机进气温度畸变高响应温度测试技术研究

本详细介绍了高频响温度传感器的设计、校准、误差分析及修正技术，并结合发动机进气温度畸变试验研究了高频响温度测试技术和数据处理方法，对航空发动机稳定性评定试验研究具有重要的指导意义。     

三维四向C/C复合材料高温氧化环境强度预测

在细观尺度下,基于逐渐损伤理论,建立了一种三维四向C/C复合材料高温强度预测模型。模型考虑了纤维束挤压后的截面形状、单胞的周期性以及纤维束和基体的脱黏等因素,引入考虑温度的三维Hashin失效准则进行单元的失效判定,预测了三维四向C/C复合材料室温和有防氧化保护700 ℃的拉伸强度。为了将模型发展到高温氧化环境,建立了考虑氧化速率的纤维束高温氧化环境力学性能退化模型,结合纤维束和单向板力学性能等价性原理,实现了无防氧化保护下三维四向C/C复合材料700 ℃拉伸强度的预测。研究了切边加工对三维四向复合材料强度的影响,建立了考虑切边宽度的切边三维四向复合材料强度预测模型,预测了有、无防氧化保护切边宽度为18 mm的三维四向C/C复合材料拉伸强度。结果表明:对非切边试验件在室温、有防氧化涂层700 ℃和无防氧化涂层700 ℃的预测误差分别为5.51%、7.20%和7.13%,拉伸过程的应力-应变曲线与试验结果吻合度较好;对切边试验件在室温和有防氧化涂层700 ℃的预测误差分别为0.88%和4.53%。多种类的算例表明预测模型合理、可靠。      

平纹编织C/SiC复合材料在室温和高温环境下的拉伸行为

通过单向拉伸试验,对比研究平纹编织C/SiC陶瓷基复合材料在室温和高温(1300℃,包括惰性气氛和湿氧气氛)环境下的宏观力学特性,并采用光学显微镜和扫描电镜对试件断口进行显微观察,分析其损伤模式和破坏机理。结果表明:C/SiC复合材料的室温和高温拉伸行为通常表现为非线性特征,在低应力时就开始出现损伤;纤维与基体之间界面滑行阻力的降低使C/SiC复合材料在高温惰性气氛环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的高;碳纤维的氧化严重影响材料的承载能力导致高温湿氧环境下的拉伸强度和破坏应变均比室温下的低;C/SiC复合材料室温和高温下的拉伸均呈现韧性断裂,断口较为相似,只是纤维拔出长度和断口的平齐程度有所不同,其中高温惰性气氛环境下纤维拔出最长,高温湿氧环境下试件断口有明显的被氧化痕迹;0°纤维束表面基体开裂、明显的层间分层以及0°纤维和纤维束的拔出和断裂同时携带90°纤维束拔出是C/SiC复合材料在室温和高温下的拉伸破坏机理。     

2.5维机织复合材料的纬向力学性能试验

通过室温(20℃)及高温(180℃)静态拉伸及拉 拉疲劳试验,获得了25维树脂基机织复合材料在不同温度下的力学性能及拉 拉疲劳寿命。基于宏观试验,探讨了材料在静载及拉 拉疲劳载荷作用下的破坏模式和失效机理,对比了材料在疲劳载荷作用后的剩余强度与静强度的关系,之后分析了温度对材料静态力学性能及疲劳寿命的影响。结果表明:在20~180℃温度范围内材料的纬向模量对温度不敏感,但纬向强度及疲劳寿命随温度的升高而显著下降。在高温高应力水平（高于80%静强度）下材料的纬向疲劳寿命非常短(小于104次循环),但当应力水平仅下降2%后,材料的纬向疲劳寿命趋于106次循环。另外,高温下材料的剩余强度大于高温静强度。