[发明专利]气流环境下电容式叶尖间隙测试系统校准装置

说明书

本发明公开的一种气流环境下叶尖间隙测试系统校准装置，属于发动机测量技术领域。本发明包括模拟高温气流装置、静态间隙设定装置、隔振装置。模拟高温气流装置用于模拟发动机高温气流的工作环境。静态间隙设定装置为叶尖间隙测试系统校准装置提供静态标准间隙。隔振装置用于提供稳定的安装环境以及实现静态间隙设定装置与叶片正对位置的初始调节。本发明使发动机间隙测试系统的校准过程更加类似真实工作环境，采用模拟叶片模拟发动机真实叶片形状，通过建立垂直叶片运动的校准装置，将原本静态校准下的电容测试系统的绝对电压测量问题转换为相对电压的测量，消除电容式间隙测试系统校准时的零点电压漂移，实现叶尖间隙测试系统在高温气流下校准。

技术领域

本发明属于发动机测量技术领域，涉及一种气流环境下的电容式叶尖间隙测试系统校准装置。

背景技术

发动机叶尖径向间隙是指发动机各级转子叶片叶尖与发动机机匣之间的距离。航空发动机叶尖间隙的大小对于压气机和涡轮的效率有很大的影响，尤其对高压压气机的后几级和高压涡轮的影响更大。近年来，越来越多的研究表明，由于叶尖间隙的存在而形成的叶尖泄漏流动对压气机流场结构、能量传递、旋转失速先兆及损失的生成有着决定性影响。同时在工程上，叶尖间隙的微小变化将导致压气机效率、稳定性、气动噪声的较大变化。

目前比较常见的间隙测量方法包括电容法、光学法、电涡流法和微波法等。从应用程度看，由于电容法研究较早，技术相对成熟，且传感器耐温性能较好，因此已成为国内外航空发动机间隙测量领域的主流测试方法。

间隙测试系统的测量结果不仅受被测间隙变化的影响，同时受多种环境等因素的影响，为了得到准确的间隙测量结果，间隙测试系统在使用前必须采用专用设备对其进行校准。针对电容式叶尖间隙测试系统，在相同的间隙条件下，发动机叶尖的形状、面积等参数不同，将直接导致间隙测量结果有很大的差异，相同的传感器对应不同的发动机叶片及不同的叶尖位置时具有不同的校准曲线。因此，在用于发动机测试之前首先要对间隙测试系统进行校准。另外，飞机发动机，尤其高压涡轮内部环境复杂，间隙测量结果易受温度、介质、被测面材料等影响，测量数据极其复杂，也要求传感器在使用前必须依据现场实际使用环境，尽量进行接近真实环境下的校准，保证传感器实际间隙测量的准确性。

电容式间隙测试系统的测量原理为通过测量传感器探头端面与叶片叶尖端面之间的电容变化来测量间隙，受传感器测量原理的限制，在测量档位上只能进行动态下的测量，由于动态下高精度标准间隙的确定十分困难，动态校准实现难度比较大，为了简化校准装置的搭建，电容式间隙测试系统的解调部件设置了校准档位，可以在该档位下进行静态校准。但是该档位对校准时的环境要求非常苛刻，校准过程中，环境温度或气流的波动都会引起系统零点电压的漂移，导致校准误差增大。在模拟发动机气流环境下开展静态校准时，温度、气流等环境不稳定引起的零点漂移电压甚至会远大于其实际测量间隙，使得静态校准几乎无法实现。

目前国内部分研究单位搭建了间隙测试系统初步的校准系统，并生成了部分专利，但是对校准环境考虑和模拟不够完善，专利CN108931223A和专利CN206905694U只建立了实验室环境下的校准系统，并未考虑温度环境对校准结果的影响，CN106482694A虽然采用电加热的方式对传感器探头进行加热，但是与发动机高温气流的实际工况存在差异。间隙测试系统校准环境与实际工况的差异将导致校准系统给出的校准结果不能保证传感器在发动机实际测试中间隙测量结果的准确性，这必然影响后续对发动机性能的分析，阻碍发动机间隙的有效设计和发动机性能的提升。

发明内容

为解决在气流环境下间隙测试系统的校准问题，本发明主要目的是提供一种气流环境下叶尖间隙测试系统校准装置，充分考虑温度和气流等环境条件对叶尖间隙测试系统校准过程产生的零点电压的漂移对静态校准结果的影响，使发动机间隙测试系统的校准过程更加类似真实工作环境，同时针对电容式叶尖间隙测试系统在高温气流环境下存在的零点电压漂移过大掩盖真实间隙测量结果的问题，在间隙测量方向上，在静态校准装置基础上增加相对叶片垂直运动的位移机构，消除电容式间隙测试系统校准时的零点电压漂移，降低校准误差，提高对叶尖间隙测试系统校准的准确度。