一种高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统技术方案

本发明专利技术提供了一种高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统，包括光纤传感器。光纤传感器内部设有第一冷却通道，第一冷却通道一端与供气系统连通，另一端与发动机主流路连通。光纤传感器包裹在冷却套结构内，冷却套结构与光纤传感器之间形成第二冷却通道，且冷却套结构上开设有将第二冷却通道与发动机主流路连通的冷气进口和排气孔。冷却套结构设置在机匣上，并与机匣之间的间隙形成第三冷却通道。本发明专利技术设计的测试系统，实现了传感器的高效冷却，可以满足1800K以上高温度、高气动负荷的航空发动机涡轮转子的非接触动应力测试需求。建立了一体化安装方案，可降低测试对性能及结构影响，实现了传感器周向、轴向、径向有效安装，提高测试精度。提高测试精度。提高测试精度。

【技术实现步骤摘要】
一种高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统


[0001]本专利技术属于航空发动机试验
，涉及高温域涡轮转子动应力测量技术，具体涉及一种高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统。

技术介绍

[0002]航空发动机涡轮叶片由于造型复杂且工作环境恶劣，在研制、生产和使用中，会出现因动应力储备裕度不足而导致涡轮叶片断裂的故障。同时，发动机在实际工作状态下，由于工作叶片和叶盘之间是刚性连接，以及叶片受离心力、热应力和气动力等复合作用的影响，会导致叶片在旋转状态下振动应力水平较高的情况。因此，发动机研制和排故过程中，必须对发动机转子叶片的动应力进行测量。
[0003]目前转子叶片动应力测量方面，国内外已积累了丰富的经验，设计能力和试验技术都较为成熟，动应力测量方式包括接触式测量及非接触式测量。
[0004]接触式动应力测量技术已经成熟应用在发动机研制中，并发挥了重要的作用。但是接触式动应力测试方案由于其技术特点，存在结构改装较多，需要采用引电器或者采遥测方案引出信号，整个测试系统较为复杂；改装及贴片过程较长，试验过程中应变片存活率较低，以及应变片粘贴质量严重依赖贴片操作人员技术水平等问题，因此导致无法长时间开展试验获取试验数据，甚至不能达到试验预期目的。
[0005]非接触动应力测量技术作为动应力测试的重要手段，是对接触式动应力测量技术的重要补充。相比接触式动应力测量，非接触动测方案具有较小的改装量、冷却方案简单、测试信号可靠性高、装配周期短等特点，可以实现复杂试车程序及较长试验时间下高压涡轮动应力的实时监控，可以避免了接触式动应力测试方案改装周期长、应变片存活率低的弊端、缩短装试周期、节省研制经费、加快研制进度等问题。
[0006]但是，由于非接触动应力测量技术对测试环境要求高（尤其是测试环境温度）、改装空间限制等原因，以及目前国内外在研的航空发动机随着性能的不断提高而带来更高的涡轮前温度，使得现有的非接触动应力方法/系统不能实现对1800K以上涡轮前温度的涡轮转子叶片进行非接触动应力测量。
[0007]鉴于此，建立一种适用于高温域涡轮转子的非接触动应力测量技术具有重要意义。

技术实现思路

[0008]为了解决现有的非接触式动应力测量技术不适用于1800K以上涡轮前温度的涡轮转子叶片动应力测量的问题，本专利技术设计了一种高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统。
[0009]实现专利技术目的的技术方案如下：一种高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统，包括位于机匣内涡轮转子叶片位置的复合光纤传感器，所述复合光纤传感器包括光纤传感器，所述光纤传感器内部设有第一冷却通道，且所述第一冷却通道一端与供气系统连通，另
一端与发动机主流路连通；所述光纤传感器包裹在冷却套结构内，所述冷却套结构与所述光纤传感器之间形成第二冷却通道，且所述冷却套结构上开设有将所述第二冷却通道与发动机主流路连通的冷气进口和排气孔；所述冷却套结构设置在机匣上，且所述冷却套结构与所述机匣之间的间隙形成第三冷却通道。
[0010]在一个可选的实施例中，所述第一冷却通道内流通有台架引气，所述第二冷却通道和所述第三冷却通道内流通有二股流冷气。
[0011]在一个可选的实施例中，所述冷却套结构经固定件固定在机匣上，包括由上到下依次装配的安装支架、冷却套、安装压板。
[0012]在一个可选的实施例中，所述冷却套出口的逆流裕度≥1.4，所述光纤传感器出口的逆流裕度≥1.2。
[0013]在一个可选的实施例中，所述排气孔有多个，且所述排气孔开设在所述冷却套的侧壁和/或底壁上。
[0014]更优地，当所述冷却套的底壁设置多个所述排气孔时，多个所述排气孔以偏心阵列分布，以提升冷却套底部气膜覆盖效果，减少冷却引气量。
[0015]在一个可选的实施例中，所述冷气进口位于所述冷却套的上部开口位置。
[0016]在一个可选的实施例中，所述光纤传感器位于所述涡轮转子叶片的前缘或尾缘位置，且所述光纤传感器的安装轴线与所述涡轮转子叶片叶片弦长中线的轴向距离为1.5~2mm。
[0017]更优地，所述光纤传感器的安装轴线与所述涡轮转子叶片的叶片弦长中线的轴向距离为1.5~2mm。
[0018]在一个可选的实施例中，所述光纤传感器的探头与所述涡轮转子叶片叶尖之间的间隙为3~5mm。
[0019]在一个可选的实施例中，所述光纤传感器上还设有热电偶，以实时检测光纤传感器温度，提升系统安全性。
[0020]在一个可选的实施例中，所述复合光纤传感器有多个，且多个复合光纤传感器在所述机匣内沿周向非均匀分布。
[0021]更优地，复合光纤传感器的数量≥4。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于系统工程思想，对航空发动机高压涡轮非接触动应力测量技术进行系统优化，设计了一套测试系统，包括复合光纤传感器（由冷却结构和光纤传感器组成），通过在复合光纤传感器上建立了高效冷却方法及安装设计方法，突破了高温域下的航空发动机高压涡轮转子非接触动应力测量技术难题，能够保证在1800K以上实现非接触动应力的测试需求。
[0023]本专利技术设计的测试系统，在某型涡扇发动机的研制过程中得到了应用，结果表明测试系统能够填补航空发动机在高温域环境下高压涡轮转子非接触动应力测量的空白，具有重要的技术价值。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0025]图1为具体实施方式中高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统的结构示意图；图2为图1中A位置的放大图；图3为具体实施方式中冷却套结构中安装支架的示意图；图4为具体实施方式中冷却套结构中安装压板的示意图；图5为具体实施方式中冷却套结构中冷却套的正视图；图6为具体实施方式中冷却套结构中冷却套的俯视图；其中，1、光纤传感器；2、冷气进口；3、排气孔；4、安装支架；5、安装压板；6、冷却套；10、第一冷却通道；20、第二冷却通道；30、第三冷却通道；100、涡轮转子叶片。
具体实施方式
[0026]下面结合具体实施例来进一步描述本专利技术，本专利技术的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本专利技术的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本专利技术的精神和范围下可以对本专利技术技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本专利技术的保护范围内。
[0027]本具体实施方式提供了一种高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统，参见图1和图2所示，测试系统包括位于机匣内涡轮转子叶片100位置的复合光纤传感器，所述复合光纤传感器包括光纤传感器1，所述光纤传感器1内部设有第一冷却通道10，且所述第一冷却通道10一端与供气系统连通，另一端与发动机主流路连通。
[0028]参见图1和图2所示，所述光纤传感器1包裹在冷却套结构内，所述冷却套结构与所述光纤传感器1之间形成第二冷却通道20，所述冷却套结构上开设有将所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统，其特征在于，包括位于机匣内涡轮转子叶片位置的复合光纤传感器，所述复合光纤传感器包括光纤传感器（1），所述光纤传感器（1）内部设有第一冷却通道（10），且所述第一冷却通道（10）一端与供气系统连通，另一端与发动机主流路连通；所述光纤传感器（1）包裹在冷却套结构内，所述冷却套结构与所述光纤传感器（1）之间形成第二冷却通道（20），且所述冷却套结构上开设有将所述第二冷却通道（20）与发动机主流路连通的冷气进口（2）和排气孔（3）；所述冷却套结构设置在机匣上，且所述冷却套结构与所述机匣之间的间隙形成第三冷却通道（30）。2.根据权利要求1所述的高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统，其特征在于，所述第一冷却通道（10）内流通有台架引气或发动机高压且低温部位引气，所述第二冷却通道（20）和所述第三冷却通道（30）内流通有二股流冷气。3.根据权利要求1或2任一项所述的高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统，其特征在于，所述冷却套结构经固定件固定在机匣上，包括由上到下依次装配的安装支架（4）、冷却套（6）、安装压板（5）。4.根据权利要求3所述的高温域涡轮转子非接触动应力的测试系统，其特征在于，所述冷却套（6）出口的逆流裕度≥1.4，所述光纤传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵丹，贺进，薛艳，刘美茹，龚鑫，
申请(专利权)人：中国航发四川燃气涡轮研究院，
类型：发明
国别省市：