一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头，包括：气流引流件、光纤插芯组件、光纤组件和LC光纤转接头，光纤插芯组件设置在气流引流件内，光纤组件的第一端与光纤插芯组件固定连接，光纤组件的第二端与LC光纤转接头固定连接；设定气流引流件相对于光纤组件所在的一侧为光纤探头的前端；气流引流件内设置有引流通孔，光纤插芯组件设置在引流通孔内且与引流通孔的后端密封连接；光纤插芯组件的外侧面与引流通孔的内侧面之间设置有气体引流腔，气体引流件的外侧面设置有连通引流通孔与气体引流件外部的引流孔，气体引流件的前端面设置有连通引流通孔与气体引流件外部的喷嘴。部的喷嘴。部的喷嘴。

【技术实现步骤摘要】
一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头


[0001]本技术涉及航空发动机测试领域，具体涉及一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头。

技术介绍

[0002]航空发动机在工作状态下，涡轮叶片和机匣在发动机内部较高温度和较强载荷的作用下，长时间运行将会出现变形，导致发动机叶尖间隙变化，这直接影响发动机的安全性能和工作效率。因此，对发动机在工作状态下的涡轮叶尖间隙进行测量和分析，是发动机研究过程中的重要内容。
[0003]发动机在高转速运行过程中，内部会形成一个温度较高、气流压强较大、油污染严重的环境，这对发动机的叶尖间隙测量带来一定难度。
[0004]目前，用于发动机涡轮叶尖间隙测量的较成熟的方法主要有探针放电测量法和电容测量法等，名称为《航空发动机叶尖间隙测量研究》的文献(邱立新等，航空发动机2001年第4期)和名称为《航空发动机叶尖间隙测量技术》的文献(张娜等，未来测量2010年第13期航空制造技术)，介绍了多种叶尖间隙的测量方法。
[0005]其中，探针放电法是利用施加高压的探针移动到距叶尖微米量级的距离时对叶片放电的原理进行测量，此方法性能稳定、测量精度高，但只适用于低温环境(＜600℃)的涡轮发动机，只能测量最小间隙，并且存在一定的安全风险；
[0006]电容测量法采用探头电极和叶尖电极之间距离的变化导致两者之间电容发生变化，最终将其转化为电路中电压信号变化的测量原理，此方法的时间响应和频响高、最大工作温度可达1300℃，但其测量精度受环境和校准的影响较大，并且对绝缘要求较高。
[0007]采用激光信号对叶尖间隙测量是一种相对较新的测量技术，它利用叶尖对激光的反射光信号，或通过反射光强度、位置、与入射光干涉频率的变化等多种原理，获取叶尖间隙信息。此方法在时间响应、测量精度、抗电磁干扰等方面具有较大优势，但存在易受污染而导致灵敏度下降的不足，另外，由于原材料特性和制作工艺上的限制，目前最高工作温度为700℃左右。
[0008]由此可见，发动机内部的复杂结构，和工作状态下内部部件变形、油污、振动、尤其是高温(＞1000℃)等特有的环境，对叶间间隙实时、准确的测量构成了巨大的挑战。

技术实现思路

[0009]本技术的目的就在于为了解决光纤探头无法适应高温的情况，而提供一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头。
[0010]一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头，包括：气流引流件、光纤插芯组件、光纤组件和LC光纤转接头，所述光纤插芯组件设置在所述气流引流件内，所述光纤组件的第一端与所述光纤插芯组件固定连接，所述光纤组件的第二端与所述LC光纤转接头固定连接；
[0011]设定所述气流引流件相对于所述光纤组件所在的一侧为所述光纤探头的前端；
[0012]所述气流引流件内设置有引流通孔，所述光纤插芯组件设置在所述引流通孔内且与所述引流通孔的后端密封连接；
[0013]所述光纤插芯组件的外侧面与所述引流通孔的内侧面之间设置有气体引流腔，所述气体引流件的外侧面设置有连通所述引流通孔与所述气体引流件外部的引流孔，所述气体引流件的前端面设置有连通所述引流通孔与所述气体引流件外部的喷嘴。
[0014]具体地，所述喷嘴为与所述引流通孔同轴设置的锥形孔，所述喷嘴的前端直径小于所述喷嘴的后端直径，所述喷嘴的后端直径等于所述引流通孔的直径。
[0015]具体地，所述光纤插芯组件包括同轴设置的圆锥段、中间圆柱段和后端圆柱段，所述圆锥段的后端面与所述中间圆柱段的前端面固定连接，所述中间圆柱段的后端面与所述后端圆柱段的前端固定连接，所述中间圆柱段与所述引流通孔的后端密封连接，所述圆柱段设置在所述气体引流腔内；
[0016]所述圆锥段的前端直径小于所述圆锥段的后端直径；
[0017]所述光纤插芯组件内从前至后依次设置有同轴且连通的第一通孔、第二通孔和第三通孔；
[0018]所述光纤组件包括光纤和石英透镜，所述光纤的前端依次穿过所述第三通孔、所述第二通孔和所述第一通孔与所述石英透镜熔接耦合连接，所述石英透镜设置在所述圆锥段的前端。
[0019]具体地，所述第一通孔的直径与所述光纤的直径匹配，所述第一通孔的直径小于所述第二通孔的直径，所述第二通孔的直径小于所述第三通孔的直径，所述第三通孔内灌注有用于将所述光纤固定于所述第三通孔内的无机胶。
[0020]优选地，所述石英透镜在所述光纤探头的中轴线上投影位于所述喷嘴在所述光纤探头的中轴线上的投影与所述引流孔在所述光纤探头的中轴线上的投影之间。
[0021]可选地，所述气体引流件包括第一空心圆柱和第二空心圆柱，所述第一空心圆柱和所述第二空心圆柱同轴设置，且所述第一空心圆柱的后端面与所述第二空心圆柱的前端面密封固定连接；
[0022]所述引流孔设置在所述第二空心圆柱上，且所述引流孔的中轴线与所述第二空心圆柱的半径重合；
[0023]所述喷嘴与所述第一空心圆柱同轴设置，所述喷嘴的后端直径等于所述第一空心圆柱的内径。
[0024]可选地，所述引流孔的数量为多个，相邻的两个所述引流孔的中轴线的夹角相等。
[0025]可选地，所述第一空心圆柱的外径小于所述第二空心圆柱的外径。
[0026]可选地，所述中间圆柱段的外侧面通过螺纹与所述第二空心圆柱的后半段螺纹连接，所述中间圆柱段的外侧面和所述第二空心圆柱的内侧面之间填充有密封胶。
[0027]进一步地，所述光纤的外侧面设置有光纤保护套，所述光纤保护套的前端设置在所述第三通孔内，所述光纤保护套的后端设置在所述LC光纤转接头内。
[0028]本技术与现有技术相比，本技术通过光纤探头将激光信号引入发动机内部，并收集涡轮叶片的叶冠尖端对激光的反射光，将反射光信号引出发动机，同时利用发动机内部的气流对光纤探头自身降温，从而达到适应发动机内部高温工作环境。
附图说明
[0029]附图示出了本技术的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本技术的原理，其中包括了这些附图以提供对本技术的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本技术实施例的限定。
[0030]图1是根据本技术所述的一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头的结构示意图。
[0031]图2是根据本技术所述的一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头的剖视图。
[0032]图3是根据本技术所述的光纤插芯组件的剖视图。
[0033]附图标记：1
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气流引流件，2
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光纤插芯组件，3
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光纤保护套，4
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石英透镜，5
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光纤，6
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无机胶，7
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喷嘴，8引流孔，9
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LC光纤转接头，11
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第一空心圆柱，12
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第二空心圆，21
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头，其特征在于，包括：气流引流件、光纤插芯组件、光纤组件和LC光纤转接头，所述光纤插芯组件设置在所述气流引流件内，所述光纤组件的第一端与所述光纤插芯组件固定连接，所述光纤组件的第二端与所述LC光纤转接头固定连接；设定所述气流引流件相对于所述光纤组件所在的一侧为所述光纤探头的前端；所述气流引流件内设置有引流通孔，所述光纤插芯组件设置在所述引流通孔内且与所述引流通孔的后端密封连接；所述光纤插芯组件的外侧面与所述引流通孔的内侧面之间设置有气体引流腔，所述气体引流件的外侧面设置有连通所述引流通孔与所述气体引流件外部的引流孔，所述气体引流件的前端面设置有连通所述引流通孔与所述气体引流件外部的喷嘴。2.根据权利要求1所述的一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头，其特征在于，所述喷嘴为与所述引流通孔同轴设置的双锥形孔，所述喷嘴的前端直径大于所述喷嘴的中端直径，所述喷嘴的中端直径小于所述喷嘴的后端直径，所述喷嘴的后端直径等于所述引流通孔的直径。3.根据权利要求2所述的一种用于涡轮发动机叶尖间隙测量的光纤探头，其特征在于，所述光纤插芯组件包括同轴设置的圆锥段、中间圆柱段和后端圆柱段，所述圆锥段的后端面与所述中间圆柱段的前端面固定连接，所述中间圆柱段的后端面与所述后端圆柱段的前端固定连接，所述中间圆柱段与所述引流通孔的后端密封连接，所述圆柱段设置在所述气体引流腔内；所述圆锥段的前端直径小于所述圆锥段的后端直径；所述光纤插芯组件内从前至后依次设置有同轴且连通的第一通孔、第二通孔和第三通孔；所述光纤组件包括光纤和石英透镜，所述光纤的前端依次穿过所述第三通孔、所述第二通孔和所述第一通孔与所述石英透镜熔接耦合连接，所述石英透镜设置在所述圆锥段的前端。4.根据权利要求3所述的一种用于涡轮发动机叶尖间...

【专利技术属性】
技术研发人员：周少彤，谢龙，翁继东，刘盛刚，唐隆煌，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：新型
国别省市：