基于交流放电等离子体叶尖间隙测量方法研究

发布时间：2020-03-24 09:41

【摘要】：近年来,不断推出的新型飞行器对发动机提出了更高的性能和稳定性要求,给新型发动机的研制带来了很大的挑战。叶尖间隙作为影响发动机性能安全以及稳定性的重要参数,其测量技术的研究对于新型发动机的研制至关重要。因此,为了提高发动机性能以及稳定性,推动航空航天事业的进一步发展,研究和改善叶尖间隙测量技术具有重要的意义。由此本文提出了一种基于交流放电等离子体叶尖间隙测量方法,该方法允许非接触测量,不影响发动机原有结构。测量系统采用的放电探针体积小,安装使用方便,并能够在发动机恶劣环境下正常工作。为了验证该方法的可应用性,本文对其开展了如下的研究工作。首先,本文介绍了气体放电等离子体的基本概念以及气体放电过程中带电粒子运动过程,并通过三种经典的气体放电理论推导出标准大气压环境下气体击穿电压与放电间隙之间的关系式,从而验证了所提出的基于交流放电等离子体叶尖间隙测量方法的可行性,为测量系统的建立提供了重要的理论依据。其次,本文介绍了气体放电数值模拟的发展及三种常用的数值模拟方法,并选择在软件Comsol Multiphysics下建立较为成熟的流体动力学模型,仿真结果表明:击穿电压与放电间隙之间存在一定的线性关系,由此说明了对测量系统工作原理理论分析的正确性以及所提出方法的可靠性。接着,通过仿真模型研究了不同气压、温度以及电源频率对数值模拟结果的影响,仿真结果表明:随着气压的增大,击穿电压增大;温度越高,击穿电压越低;电源频率越高,击穿电压越低。通过仿真研究不同参数对数值模拟结果的影响,从而为测量系统实验平台的建立提供了重要的参考价值。然后本文搭建了基于交流放电等离子体叶尖间隙测量系统的实验平台,研究了不同探针材料、尖端结构以及大气压下温湿度变化对测量系统测量结果的影响。结果表明:钨铜材料的放电探针具有耐高温和易击穿的双重特性,更适合作为放电探针材料;针尖结构击穿电压较低,但是由于探针尖端和叶片形成的电场极不均匀,导致击穿电压波动较大,影响叶尖间隙的测量结果的准确性;大气压环境下的温湿度变化较小对于叶尖间隙测量工作的影响基本可以忽略。最后,在所建立的测量系统实验平台上,开展了叶尖间隙与击穿电压之间的关系标定、叶尖间隙测量以及测量结果误差分析等研究工作。结果表明:测量值和实际值之间存在较高的吻合度,测量结果误差在±0.05mm以内,同时绝大多数的测量值的误差分布在±0.02mm以下。由此可以看出,初步设计的测量系统具有较高的测量精度,可应用性较强。
【图文】：

交流放电等离子体叶尖间隙测量方法研++程序。ltiphysics 仿真软件按照常用的建模步骤划分、求解和结果输出等几个主要部分放电等离子体叶尖间隙测量系统的数值面将对各个部分的内容进行详细介绍。

图 3. 4 建模框架流程图概要理参数进行定义件后，选择等离子体模块中的 DCDischarge 子模块，再将整个模型的参型组件部分的 Variables 中可以手动定义仿真所需的常用量以及所需函数：外接电源电压，交流电源频率，温度，，气压以及放电间隙等基本参数放电电压不同，从几百伏到上千伏，差别很大，所以要对模型中电源输。由于采用的是交流电压对仿真气体进行击穿放电，所以所用电源的输设定好电压和频率两个参数后，再根据实际需要，对其他参数进行设定。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V23

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本文编号：2598144