[发明专利]发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法

说明书

本发明涉及燃机技术领域，特别是涉及发动机叶片叶型实时监测叶片叶型在热冷转换中的失真度的方法。一种发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其主要包括安装激光叶尖定时传感器步骤、叶片在固定转速下，使用激光叶尖定时传感器进行失真度测量步骤以及计算叶型步骤，通过该得到一个叶片的叶顶几何参数形成一个周期，以此类推的多个周期，得到多个叶片的叶顶几何参数，由此实时监测发动机每个转子叶片的叶顶叶型几何，实现对叶片叶型设计在热冷转换中的保真度的实时监测。

技术领域

本发明涉及燃机技术领域，特别是涉及发动机叶片叶型实时监测叶片叶型在热冷转换中的失真度的方法。

背景技术

转子叶片是叶轮机械实现热功转换不可或缺的部件。在航空发动机和燃气轮机中，转子叶片以上千甚至上万的转速旋转，叶顶线速度高达500米/秒，承受很大的离心力，同时也承受很高的气动载荷。在强大的离心力和气动载荷作用下，叶片会产生显著变形。在叶轮机械叶片设计中，设计的叶片对应于设计转速下叶片在离心力和气动载荷下的叶片，称之为热态叶型；加工制造时叶片没有离心力和气动载荷，其叶型称之为冷态叶型。叶片设计过程中，需要对热态叶片进行热冷转换，才能获得加工所需要的冷态叶片。这种热冷转换的保真度对叶轮机性能有决定性的影响。因此有必要对热冷转换进行验证，确保叶片叶型设计在热冷转换中没有失真。

此外，叶片在非设计转速运行时，由于其所承受离心和气动力和设计转速不同，其实际叶型不同于设计转速。确定转子叶片非设计转速下叶型也是非常重要的。尽管静止状态下叶型的测量技术已经颇为成熟，由于转子叶片的高速旋转和其运行时的受限空间，其测量十分困难。到目前为止，还未有公开的测量转子叶片旋转状态叶型的技术。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种可测量叶片叶型设计在热冷转换中的保真度的、发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，

(1)安装激光叶尖定时传感器：叶片静止状态下，在叶片对应的机匣最高处安装沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离为：叶顶叶型弦长的10％；所述的激光叶尖定时传感器至少为三个，且其中必定包括一个设于50％处的激光叶尖定时传感器；并使激光叶尖定时传感器保持水平状态，用以保证激光叶尖定时传感器感应端与叶顶平行，并确定激光叶尖定时传感器感应端到叶片轮毂旋转中心的距离；

(2)叶片在固定转速下，使用激光叶尖定时传感器进行失真度测量：所述设置在50％处的激光叶尖定时传感器测量叶顶间隙，用以确定叶顶到叶片轮毂中心的距离即为叶顶处旋转半径；其余激光叶尖定时传感器分别测定：在激光光强值较大时，叶顶叶型弦长处沿周向扫过叶顶叶型压力面和吸力面所需的时间，即代表在此时间段内，有一叶片经过此激光叶尖定时传感器；

(3)根据步骤(2)的失真度测量结果计算叶型：由所述设置在50％弦长处的激光叶尖定时传感器测得叶顶间隙值，从而计算得到的叶顶处旋转半径，进而得到叶顶处旋转线速度；同时，由步骤(2)中所述其余激光叶尖定时传感器测定的时间，得到固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面的时间差值，结合已经计算出的叶顶处旋转线速度，计算得到对应弦长处叶片厚度，即得到叶片前后缘点坐标，最终，经样条插值成整个叶型。

进一步的，还包括测量前对激光传感器的校准步骤。

进一步的，由步骤(1)至步骤(3)得到一个叶片的叶顶几何参数形成一个周期，以此类推的多个周期，得到多个叶片的叶顶几何参数，由此实时监测发动机每个转子叶片的叶顶叶型几何，实现对叶片叶型设计在热冷转换中的保真度的实时监测。