【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种空天发动机检测技术，具体来说涉及一种空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法。
技术介绍
1、发动机流场状态在位监测是航空航天发动机面临的卡脖子难题，现有的piv粒子示踪技术以及多孔探针技术都要破坏发动机的结构，造成监测成本的增加与资源的浪费。
2、而光子成像是一种非侵入性的监测方法，通过将示踪剂标记到燃油或者空气当中，在发动机运行的过程中，示踪剂在发动机内部产生的光子源会实时发射出一条条响应线，而探测装置实时捕捉这一条条响应线，借助图像重建技术还原流场的分布。
3、发动机温度分布对于其性能和寿命至关重要。不同部件的温度分布可能导致热应力、材料疲劳和寿命问题。因此，需要一种高精度的监测方法，以确保发动机在高温、高压等极端条件下运行安全可靠。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种高精度无损伤的空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法，其中监测系统包括基座，所述基座旁设有安装机箱，安装机箱中设有水冷机，安装机箱中还设有空气压缩机，空气压缩机的出气管上设有对接待检测发动机的供气接头；
3、基座上并列设有送料平台以及安装机架，安装机架下部设有油箱以及供油泵，供油泵的出油管上设有与发动机相配合的供油接头；安装机架上部设有固定待检测发动机的固定装置；安装机架上在固定装置外周设有冷却管套，
4、送料平台包括设置在基座上的升降机构，升降机构上设有平台本体，平台本体上可拆卸地设有与冷却管套内腔相配合的伸缩台，伸缩台上设有定位发动机的定位装置；
5、监测方法包括以下步骤:
6、步骤1：制备示踪剂，通过分子标记方式使得油箱中的燃油或者空气压缩机中的空气成为示踪粒子发射源；
7、将监测系统放入实验场地，将发动机通过送料平台的伸缩台送入安装机架中，并固定在固定装置内，发动机连接供油泵或空气压缩机，完成监测系统在位监测的硬件安装及调试工作；
8、步骤2：将带有示踪粒子的燃油装入油箱中或将带有示踪粒子的空气压入空气压缩机中，完成发动机流场在位监测准备；
9、步骤3：设置水冷机工作温度，启动发动机流场供油泵或空气压缩机、发动机、水冷机；
10、步骤4：设定数据采集时间窗与能量窗以及数据采集时间，并以root文件进行数据存储；
11、步骤5：进行光子数据解析及图像重建，通过查询图像灰度与流场温度映射模型，将流场图像中像素点的灰度值转化成流场温度图。
12、作为一种优选的方案，所述示踪剂选用半衰期为7.6×10-3s到3.0×10-2s且单位时间内光子激发的个数为10000-20000的核素。
13、作为一种优选的方案，所述步骤4中，数据采集时间窗的时间分辨率为1ns，数据采集能量窗的能量分辨率为15％@511kev，光子数据采集时间为1s，图像重建频率20fps。
14、作为一种优选的方案，所述步骤5具体为：通过傅里叶变换把root文件重组生成sinogram进行光子数据解析，采用osem算法进行图像重建得到灰度图像，流场温度映射模型包括线性映射、指数映射与数据库映射；通过流场温度映射模型，把灰度图像转化成流场温度分布图，从而达到发动机流场非接触式监测的目的。
15、作为一种优选的方案，所述步骤5中对不同方向采集到的γ光子数据基于osem迭代算法重建图像的具体过程为：
16、从像素j发射的γ光子被第i条响应线所对应的探测器探测到的概率为pij，则
17、
18、其中，xij为分别探测湮灭产生的γ光子对的第i对第一γ光子探测晶体与第二γ光子探测晶体组合探测到的第j个像素的概率，b表示归一化常数；
19、构造最大似然估计模型：
20、
21、其中
22、采用有序子集最大期望法osem求解式(2)，其迭代过程如下；
23、对图像像素xj，假设第k次迭代xj＞0，则新的迭代值为
24、
25、直到存在使得l(x*)＝max(l(x))。
26、经过osem算法准确的取得模型的最优解x时，即得到内部流场2d切片图像，将2d切片序列融合为3d图像，得到最终的三维流场图像。
27、本专利技术的有益效果是：
28、本监测系统通过三维成像不断构建，形成完整的空间发动机流场温度状态监测图，且本方法在监测过程中不需要与发动机进行任何接触，避免对发动机造成结构损伤，最后通过空间发动机流场监测软件进行系统分析，实时监测空间发动机流场温度状态。
29、本监测系统的油箱用于在发动机流场在位监测装置对发动机热态工作情况下进行流场监测使用；空气压缩机用于在发动机流场在位监测装置对发动机冷态工作情况下进行流场监测使用，从而实现对发动机冷、热态工作情况下的流场监测。而水冷机用于在发动机热态工作流场情况下通过水冷系统对发动机进行冷却降温，避免发动机温度过高影响光子探测系统性能。
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1.一种空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法，其中监测系统包括基座，所述基座旁设有安装机箱，安装机箱中设有水冷机，安装机箱中还设有空气压缩机，空气压缩机的出气管上设有对接待检测发动机的供气接头；
2.根据权利要求1所述的一种空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法，其特征在于，所述示踪剂选用半衰期为7.6×10-3s到3.0×10-2s且单位时间内光子激发的个数为10000-20000的核素。
3.根据权利要求1所述的一种空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法，其特征在于，所述步骤4中，数据采集时间窗的时间分辨率为1ns，数据采集能量窗的能量分辨率为15％@511KeV，光子数据采集时间为1s，图像重建频率20fps。
4.根据权利要求1所述的一种空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法，其特征在于，所述步骤5具体为：通过傅里叶变换把root文件重组生成sinogram进行光子数据解析，采用OSEM算法进行图像重建得到灰度图像，流场温度映射模型包括线性映射、指数映射与数据库映射；通过流场温度映射模型，把灰度
5.根据权利要求1所述的一种空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法，其特征在于，所述步骤5中对不同方向采集到的γ光子数据基于OSEM迭代算法重建图像的具体过程为：
...【技术特征摘要】
1.一种空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法，其中监测系统包括基座，所述基座旁设有安装机箱，安装机箱中设有水冷机，安装机箱中还设有空气压缩机，空气压缩机的出气管上设有对接待检测发动机的供气接头；
2.根据权利要求1所述的一种空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法，其特征在于，所述示踪剂选用半衰期为7.6×10-3s到3.0×10-2s且单位时间内光子激发的个数为10000-20000的核素。
3.根据权利要求1所述的一种空天发动机流场温度非接触式在位监测系统的监测方法，其特征在于，所述步骤4中，数据采集时间窗的时间分辨率为1ns，数据采集能量窗的能量分辨率为15％@51...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙嘉豪，肖辉，杨朝晖，闫晓宇，刘泉，黎莹，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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