超燃发动机内壁摩阻测量传感器研究

根据超燃发动机燃烧室的热环境参数进行传感器冷却换热及应变计算,研制了一种用于燃烧室高温环境直接测量摩阻的传感器,解决了传感器的高温隔热、冷却和灵敏度等问题,并进行了标定和校核。通过CARDC电弧加热器开展了初步的测试试验和数值模拟,结果表明,数值模拟和测试的摩阻相差达20%,雷诺比拟因子与文献中0.7~1.3符合较好。     

高温光纤压力传感器在南航通过鉴定

南京航空学院302教研室在国内首先研制成功GGY-1型高温光纤压力传感器,并已通过了部级技术鉴定。 该传感器主要用于航空发动机压气机及燃烧室的压力测量,也可用宋测量内燃机及压缩机的高温气流动态压力测量。其工作原理是:光导纤维将膜片感受的压力信号转换成光强调制信号,并传递到硅光电池变换成微电流信号,经微电流放大器、差分放大器放大后输出与压力呈线     

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。     

液态水相变发散冷却的实验

以液态水为冷却介质,采用高温合金粉末烧结多孔材料制造平板实验件,实验研究了具有液态水相变的发散冷却特性.用远红外热像系统记录实验平板热端表面温度分布,通过热电偶及压力传感器监控冷却腔内温度和压力变化,从而分析液态水的相变过程.实验表明:随着液态水注入率的增大,平均冷却效率不断提高;当液态水在暴露于高温主流的平板表面发生气液相变时,平均冷却效率趋于稳定且不再大幅上升;主流温度与液态水注入率决定了液态水的相变位置,并对冷却腔内压力变化产生影响.      

机匣安装边接触应力测量方法与分布规律研究

为了实现航空发动机机匣安装边结合面接触应力测量与分布规律研究,基于一种具有超宽压力监测范围的MXene柔性压力传感器建立了机匣安装边接触应力动态测量系统,将其安装在两层安装边之间,并铺设13个测点,根据传感器的电阻变化率时域响应及压力标定曲线,实时获得对应测点的应力变化。将试验结果与仿真结果进行对比,趋势吻合良好,应力误差均低于7%。并开展结构参数与预紧力矩对接触应力影响规律的研究,得到提高密封性能的措施。研究表明,所建立的分析方法和测量系统可以准确实现接触应力的动态测量,影响规律分析可以为安装边密封设计提供参考。此外,研究方法具有普遍的适用性,对实现不同机匣安装边接触应力测量与规律分析具有一定的指导意义。     

高温合金疲劳裂纹扩展的冶金控制

涡轮发动机涡轮盘合金的低周疲劳寿命取决于疲劳裂纹的萌生和扩展。先进的净化熔炼技术可以改善合金的性能,减小缺陷的尺寸,从而得到新一代抗疲劳断裂的高强度高温合金。只有弄清高强度高温合金中产生疲劳裂纹的机理和显微组织与性能之间的相互关系,通过冶金方法控制疲劳裂纹扩展才有可能。控制合金抗高温疲劳的许多冶金参数现已弄清。对于所有高γ′含量的高温合金,最有效的冶金控制方法是在γ′溶解度线以上温度进行固溶处理后控制冷却速度,以改善晶粒边界的显微组织。冷却时,在晶粒边界发生的沉淀反应产生锯齿形的组织,这种组织有良好的抗疲劳裂纹的应力-氧化腐蚀性能。     

传感器现场校准测试系统电气系统设计与实现

传感器现场校准测试系统用于对运载火箭装配的脉冲频率输出式压力传感器的静态性能、压力开关及磁敏行程开关传感器的静态和动态性能进行测试,此测试系统解决装箭状态下压力开关响应时间测试问题。电气系统基于RS-232串口通信上、下位机模式。下位机软件功能模块间接口清晰,提高了软件的可扩展性、可移植性和可维护性,且源代码易于理解。     

梁-膜结构微压传感器研制

由四个弹性梁和一个刚性中心膜构成的梁-膜结构,具有平面应力集中效应,与一般的结构相比,这种膜片在受到微压时即产生较大的应力集中,使传感器在测量微压时有较高的灵敏度,它的特别的结构能解决一般结构膜片在很薄时由膜应力和弯曲应力产生的严重的非线性。介绍的这种双面腐蚀形成的梁-膜结构的硅压阻式微压传感器的设计就是采用这种应力集中原理,芯片结构的力学特性分析及样件测试结果表明,这种结构的微压传感器具有较高的灵敏度和较低的非线性,成功地实现了对微小压力的测量。利用有限元仿真计算对用于100Pa压力测量的梁-膜结构硅压力传感器的结构参数进行优化,并对芯片版图设计、制作工艺技术和传感器的特性等问题进行了讨论。     

冲击波压力传感器测试系统的动态标定

介绍压力场测试中所采用的压电压力传感器的标定方法。压力场测试中所采用的传感器是一种以压电晶体做敏感元件的压力传感器，它可以将压力讯号直接转换成电荷输出，其输出量与被测量压力成正比。该传感器具有较大的测压范围、较好的线性、快速的上升时间、高的压力-电荷灵敏度和较小的几何尺寸。给出了压电压力传感器的实验室标定方法和野外使用环境条件下的现场标定方法，并进行了对比研究。     

高低温环境金属橡胶减振器阻尼性能试验研究

针对金属橡胶材料的轴向强非线性特性对原有基于曲线拟合的比阻尼测试方法进行改进,消除拟合误差,从而提高测试精度.以高温和低温等极端环境下的阻尼减振需求为背景,对设计制作的固支圆盘金属橡胶减振器进行高温和低温环境下的阻尼性能试验研究.研究结果表明,金属橡胶减振器在低温-70℃至高温300℃的温度范围内具有良好而稳定的阻尼性能,动态平均刚度随温度升高有所下降,阻尼性能和承载能力对温度的依赖性远小于粘弹性阻尼材料.     

航空发动机涡轮叶片原位集成高温MEMS 传感器的研制

为了满足智能高性能航空发动机高温、高振动、高冲击的苛刻工作要求,采用MEMS(Micro-elect ro-mechanical-syst em,微机电系统)薄膜技术制作了发动机涡轮叶片原位集成高温温度传感器,并进行了高温下的温度试验和振动冲击试验。试验结果表明:热电阻传感器温度的线性良好,可以实现在高温环境下的温度控制;叶片原位温度传感器及其连线系统可以在规定的苛刻的振动与冲击试验指标下安全、可靠地工作,振动与冲击之后连接特性没有变化。将该原位集成传感器应用在涡轮叶片表面,不仅可以原位测量800℃的环境温度,而且具有很高的机械强度,可以承受40g的振动和100g的冲力。     

铱铑合金超声导波方法的固体火箭发动机燃烧室温度测试

固体火箭发动机试车时温度参数是重要的测试物理量,国内外对于这种复杂环境的温度测试,除热电偶外尚无可靠的原位测试方法。为了研究固体火箭发动机试车时温度测试问题,用超声导波测温方法,设计出一套基于Ir Rth40(铱铑合金)超声导波测温系统,测试了该系统在室温~1600℃的运行情况。结果表明,超声测温系统可以在高温环境下稳定运行,并且室温~1600℃范围内校准曲线重复性良好。将获得的数据进行95置信度评估,绘制出95置信条件下的误差带。在温度大于1000℃时,灵敏度的变化幅度逐渐增大,达到0.0035μs/℃。常温常压下,传感器响应时间为1.2s。设计了传感器封装结构,完成了固体火箭发动机温度测试实验,测得温度-时间曲线,峰值温度为1492℃。     

压阻式压力／温度传感器

本文介绍的发动机的压阻式压力／温度复合传感器，可在以－４０℃－＋１５０℃范围内工作。这种传感器可为外部有源电子装置提供压力信号和温度信号。外部有源电子装置安装在远离传动装置和发动机高温区域的部位。因此不会受热源的影响，而传感器安装在传动装置的深部，以便能准确，可靠地测出压力和温度值。     

1700℃热校准风洞

１７００℃热本单位风洞是一台高温、高速的稳态与动态温度校准装置。本文介绍了１７００℃热校准风洞的主要性能和特点，以及为此而采取的保温与冷却相结合的结构设计、高温内壳设计和其它的一些技术方法。     

跨声速叶栅叶片快速响应PSP测量研究

开展了快速响应PSP技术在高速叶栅中的非定常测量应用研究。使用压力-温度校准系统与激波管对FIB类快速响应PSP涂料的温度压力和时间响应特性进行了测量,结果表明该类涂料具有较低的温度敏感度和亚毫秒量级的响应时间。在高速叶栅试验中,采用吹吸装置在叶片表面形成了主动控制的非定常流场,利用快速响应PSP与动态压力传感器进行同步测量,同时利用红外技术对叶片表面温度进行监测。快速响应PSP的测量结果与压力传感器比较,在叶片表面平均场、脉动场、单点时频等方面具有很好的一致性,同时快速响应PSP技术可以动态地显示激波位置和分离区域的变化。     

高温测量系统研究

介绍一种高温测量系统,其基于Planck辐射原理和光纤测温技术.测量系统由高温光纤传感器、光电探测器、前置放大器和信号处理单元组成.该系统采用标准铂铑30-铂铑6热电偶在卧式炉中实现了标定,该测量系统可以在600℃至1600℃温度范围内使用.     

隔热背腔式柔性热膜探头微加工技术

为了进一步提高器件性能,提出了一种新型的隔热背腔式柔性热膜传感器探头结构。借助流体传热耦合仿真和动态响应分析等,确定了背腔结构参数。研发了针对隔热背腔式柔性热膜探头的双面图形化微加工工艺,获得了新型传感器件。对静动态特性进行了对比测试,结果表明,在相同的输入被测量情况下,新结构器件的输出信号量值提高了20%,时间常数由400μs减小到220μs,器件的灵敏度和动态响应性能都获得了有效提升。     

隔热背腔式柔性热膜探头的设计及其微加工

为了进一步提高器件性能,设计一种新型隔热背腔式柔性热膜传感器探头结构。借助流体传热耦合仿真和动态响应分析等,确定背腔结构参数;研发针对隔热背腔式柔性热膜探头的双面图形化微加工工艺,获得新型传感器件。对静／动态特性进行对比测试,结果表明：在相同的输入被测量情况下,新结构器件的输出信号量值提高了20％,时间常数由400μs减小到220μs,器件的灵敏度和动态响应性能都获得了有效提升。     

光栅传感器测量沥青路面动水压力的试验研究

动水压力对沥青路面危害很严重,为了测量沥青路面的动水压力,基于光纤Bragg光栅传感原理设计了一种光纤光栅动水压力传感器,介绍了其压力传感原理,推导了该传感器波长与压力之间的关系式。通过室内标定实验,获得该传感器的压力与光栅波长漂移成良好的线性关系,并埋设于某高速公路路面测量了动水压力。试验结果表明,该传感器稳定性好、抗干扰能力强,适用于沥青路面动水压力的测量。     

基于双层薄膜热电偶的热障涂层隔温温度精确测量

为了解决热障涂层隔温温度测量方法缺乏规范性及精确测量体系欠缺的问题,提出在热障涂层上、下两侧制作薄膜型 热电偶测量热障涂层隔温温度的试验方案,利用MEMS 工艺在热障涂层两侧实现Pt/PtRh 薄膜型（< 1 um 厚）热电偶微制造工艺, 进行热障涂层在高温热流动态环境下的隔温效果初步测定试验,并提出1 种热障涂层隔温效果的标准化测量体系与测量规范。结 果表明：该Pt/PtRh 薄膜型传感器可以测量1200 ℃左右的高温。