航空发动机热端表面温度场测量

航空发动机热端温度场的测量和监视对延长发动机的使用寿命具有重要意义。文章简要介绍了目前采用的各种温度测量方式,如热电偶、光电高温计、红外热像仪和示温漆,并详细介绍了多波长温度测量和谱色温度测量两种新型的温度测量方法。两种方法大大降低了温度测量对被测物体表面发射率的依赖性,适用于1000～3000℃温度范围内高温物体表面温度的测量。     

热风洞中涡轮叶片温度场红外热像测量方法

提出了在热风洞中利用红外热像来测量涡轮叶片表面温度场的方法.针对热风洞特有的干扰因素,即石英玻璃窗口的透射比随着叶片表面温度变化以及燃气中的二氧化碳和水蒸气等组分参与热辐射所带来的干扰,在取得红外热像后按照燃气工况对温度场测量结果进行综合修正.考虑到叶片表面曲率的变化,通过几何上的变换重现了实际叶片表面上的温度场.结果表明:在热风洞的叶片温度场的红外热像测量中存在着110~140K的修正量.高温燃气环境中的红外热像测量结果必须按工况进行修正.      

高超声速低密度风洞红外热图技术初步研究

为了对红外测热与热电偶测热进行比较研究，在马赫数M∞=12，驻点温度T0=650K，驻点压力P0=1630kPa的高超声速稀薄气流中，对一平板斜坡薄壁模型进行了试验，试验结果表明这二者所获得的模型表面热流率符合得较好。与此同时，对模型表面发射率的测量、模型物面坐标与热图象素坐标的对应关系也进行了初步探讨，重点提出了在大极角情况下对发射率进行修正的方法，即根据模型表面不同位置的法线，调整红外热像仅镜头轴线，使被测量区域的极角尽可能小，以保证发射率在此范围内为常数。     

航空发动机表面发射率测量技术研究

测试发动机放热率的核心技术是在运行过程中获得发动机的表面发射率。介绍了航空发动机表面发射率的测量技术,阐述了应用前置反射器辐射温度计和动态红外数字成像仪测量固体表面发射率的原理和方法,提出了航空发动机表面发射率测量中应注意的事项,对几种发动机常用的材料分别采用上述2种方法进行了测量,试验结果表明了2种测量方法的可行性。     

燃气环境内高温部件红外测温试验方法

针对航空发动机加力燃烧室高温部件温度场测试精度不高的问题,提出了一种燃气环境内高温部件红外测温试验方法。在同一时刻,分别用配装3.97～4.01μm窄带滤光片的红外热像仪和K型热电偶测试了燃气环境内高温部件在8种不同状态下的壁面温度分布,并对测试结果进行了对比,根据K型热电偶测试结果引入红外热像仪测试结果综合修正系数。结果表明：所引入的综合修正系数可有效地修正表面发射率、高温燃气、蓝宝石玻璃窗口以及环境大气等因素在不同温度条件下所带入的测试误差,经修正后红外热像仪和热电偶之间的测试偏差可控制在1.5%以内。该方法为后续航空发动机加力燃烧室高温构件温度分布测试提供了一种方法和思路。     

红外热像仪作用距离现场检测装置的研究

针对目前红外热像仪现场性能检测手段的不足,设计一套便携式红外热像仪最小可分辨温差(MRTD)检测装置,首先现场测量出红外热像仪的MRTD,再由大气透过率模型计算得到目标的表观温差,最后通过Johnson准则分析计算得到红外热像仪探测或识别目标的能力.试验结果表明该方法准确可行,可用于各类红外热像仪作用距离的检测.     

涡轮叶片综合冷却效率实验研究

为了研究气冷涡轮叶片综合冷却效率及其影响因素,采用红外热像仪对叶片表面温度场进行了测量,同时在叶片中截面布置了15支热电偶用于校准红外热像仪的测量结果,获得了叶片表面温度场分布以及流量比、温比和落压比对叶片综合冷却效率的影响规律.实验结果表明:叶片温度场分布受内部冷却和外表面换热共同影响,叶片前缘与叶尖处于较高温度状态...     

红外热像检测技术在吸波涂层缺陷研究中的应用

采用红外热像技术探索了一种吸波材料脱粘缺陷无损检测的方法。在铝合金基材上制备具有不同脱粘缺陷的吸波材料。采用红外热像检测系统监测热激励后材料样品表面的温度变化。通过对热图像和温度变化数据的分析,获得材料表面或缺陷的特征。试验表明这一方法可以有效地检测出铝合金基材上铁磁性吸波涂层脱粘缺陷,测量简便、结果直观,对涂层无损坏,可以实现吸波涂层施工中吸波涂层质量和使用过程中涂层可靠性的监控。     

用红外热图技术进行升力体模型气动热特性试验研究

本文在介绍模型表面热流测量方法的基础上,重点介绍了红外热图技术测量的优点,并对红外测温原理、高超声速低密度风洞、红外热像仪、试验模型、数据处理方法等进行了叙述.在M∞＝16,P0＝1500kPa,T0＝923K,α＝0°、30°迎角的试验条件下,获得了半球圆柱模型、升力体模型表面对流换热系数分布,并把半球圆柱模型的红外测热结果与Lees分布结果进行了分析比较,结果表明当40°＜θ＜80°时,半球圆柱模型红外测热结果与Lees分布结果符合得比较好.最后对对流换热系数测量不确定度进行了初步分析.升力体模型对流换热系数测量不确定度大致为15%左右.     

层板冷却涡轮叶片前缘内部流动与传热特性实验

基于相似理论,对简化的层板冷却涡轮叶片前缘放大模型内部的流动与传热特性进行实验研究,对比了无绕流柱和带菱形扰流柱两种实验模型的流动阻力系数、靶面温度和表面传热系数的分布.实验中采用红外热像技术测量换热面的温度,采用ANSYS软件计算换热面的局部热流密度.结果表明:两种模型的流动阻力随进气雷诺数逐渐增大,带菱形扰流柱模型的流动阻力总体上较大;靶面局部表面传热系数的分布特征基本相同,带菱形扰流柱模型的局部表面传热系数比无扰流柱模型的稍高;靶面平均表面传热系数的差别很小,相同进气雷诺数下带菱形扰流柱模型的平均表面传热系数值最多大7%.      

1种低红外发射率涂层耐热性能研究

为有效降低飞行器高温部位表面的红外发射率,以改性有机硅为黏结剂体系、金属铝粉为主要填料,制备了在8~14μm波段具有较低红外发射率的涂层。在50~400℃温度范围内考察了涂层的耐热性能,并采用扫描电镜、TGA等手段对其进行表征,研究了涂层的红外发射率、光泽度和力学性能随温度的变化规律及影响机理。结果表明:制备的涂层在300℃以下具有良好的力学性能,可长期使用,在8~14μm波段的红外发射率与温度成反比,光泽度与温度成正比;当环境温度高于300℃,涂层开始发生热降解现象,光泽度降低,涂层的力学性能降低。     

导电高分子电致变色智能热控器件

采用简单的旋涂、喷涂等方法,制备了一种由可溶性聚苯胺为主体电致变色智能热控器件.该器件的基底为聚酯,固体电解质为锂盐/聚丙烯腈.通过电切换调控,该器件发射率能够在0.46-0.75内调控,且红外光谱反射率变化大于38%.研究了厚度、预掺杂酸种类、浓度等对聚苯胺活性层发射特性的影响;考察了导电高分子聚苯胺层厚度、电切换电压等因素对涂层体系发射率调控的影响.结果表明发射率的调控范围与电化学还原的深度密切相关,通过调节材料厚度、掺杂酸种类等可有效提高发射率调控范围.该导电高分子电致变色智能热控涂层在航天器热控制方面展示了良好的应用前景.     

热辐射对气膜冷却叶片冷却性能影响

针对一种带有气膜冷却结构的涡轮一级导向叶片进行气-固-热耦合数值模拟,通过比较考虑/不考虑热辐射的温比和综合冷却效率,分析了多种辐射因素对叶片表面温度和冷却性能的影响。结果表明:入口黑体辐射温度在1200~1900K之间,叶片表面发射率在0.3~0.7之间时,考虑热辐射作用均会使叶片表面温度明显上升。入口黑体辐射温度1600K,叶片表面发射率为0.5时,叶片压力面温度整体上升约100K,叶片表面最高温度点（1350K）温度上升约50K;气体辐射对叶片吸力面和尾缘区域造成5%左右的温升;考虑辐射作用使得叶片综合冷却效率下降,叶片前缘和压力面尽管布置密集的气膜孔仍然难以满足冷却需求,综合冷却效率下降至0.3以下。      

红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术研究

发展红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术,旨在解决特殊气动布局外形及金属材料模型转捩位置测量问题。通过在模型表面产生热壁面、现场测试模型表面发射率、使用遮蔽板、在金属模型表面喷涂隔热氟碳漆等措施,解决了环境条件、发射率、辐射传递干扰、金属模型材料特性等阻碍红外成像技术应用的关键问题;通过数值计算及试验测试得到模型热壁面与环境温差在20℃范围内,热壁面背景温度对转捩位置基本没有影响,解决了热壁面对转捩位置影响问题;通过试验原理、试验方法、关键参数测试、转捩判据、准度考核等研究工作,构建了红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术;通过引导试验考核了试验系统。结果表明：该技术实用可靠,值得推广。     

蒙皮材料对浮空器热特性影响的研究

分析临近空间浮空器热特性的影响因素,并建立临近空间浮空器热特性的数学模型,采用Fortran语言编写程序,对蒙皮材料热辐射特性对浮空器热特性的影响进行了研究.结果表明,选用短波吸收率较低且长波辐射发射率较高的蒙皮材料时,氦气平均温度的昼夜差值较低,浮空器热性能越好.夜晚蒙皮温差随长波辐射发射率的增加而增加;而白天随短波辐射吸收率的增加而增加,在长波辐射发射率较大时,其对蒙皮温差的影响不大,然而长波辐射发射率比较小时,蒙皮温差会非常大,蒙皮温差的峰值出现于黎明和黄昏时段这两个时段.     

金属热防护系统多层隔热材料的稳态传热分析

采用能量平衡方程和两热流密度近似法建立了金属热防护系统多层隔热材料的稳态传热的数学模型,并利用测量多层隔热材料单元的有效导热系数的实验和遗传算法对纤维隔热材料的辐射衰减系数和隔热屏表面辐射发射系数这两个热物参数进行了优化,最后用实验测得的多层隔热材料的有效导热系数验证了采用优化后参数的多层隔热材料的稳态传热模型的正确性.     

降低表面温度和发射率抑制排气系统红外辐射的研究

为了降低涡扇发动机轴对称排气系统的红外辐射特征,研究了降低排气系统腔体表面温度和发射率抑制红外辐射的规律。首先通过模拟实验研究了对中心锥进行冷却和涂覆低发射率涂层的红外抑制效果;然后用实验数据对本文使用的红外辐射特征计算方法和程序进行了验证;最后通过数值计算研究了典型尺寸的涡扇发动机排气系统降温和发射率分布对红外辐射特征的影响规律。结果表明：降低中心锥等部件的温度和发射率可明显降低排气系统在α〈15°范围内的红外辐射强度;若中心锥的温度降低100K,中心锥、涡轮和径向稳定器等部件的表面发射率降至0.2,则排气系统尾向的红外辐射强度可降低40%以上,探测距离缩短20%左右。