航空发动机涡轮叶片晶体测温判读技术研究

发布时间：2020-06-01 01:51

【摘要】：航空发动机涡轮叶片表面温度及其分布的精准测量对发动机的设计、试验和维护等环节至关重要。晶体测温方法具有尺寸小、精度高、可阵列式分布、无需引线等优点,尤其适用于涡轮转子叶片榫头、缘板以及处于封闭或半封闭环境下高速旋转部件等特殊位置的表面,可以提供精准的航空发动机热端部件表面温度分布信息。本文以航空发动机涡轮叶片晶体测温的判读技术需求为背景,开展SiC晶体测温技术的研究,主要研究内容包括:SiC晶体晶格常数的XRD测试方法研究、晶体测温技术数据处理方法研究及晶体测温判读软件的编写与可视化界面实现,此外还进行了AlN薄膜测温技术探索研究。首先,开展了中子辐照后SiC晶体的退火标定与XRD测试方法研究。采用高温退火炉对中子辐照后的SiC晶体进行退火热处理。拉曼光谱结果表明,SiC晶体在500-1400℃高温退火5min后,中子辐照导致出现的新峰、拖尾现象以及峰位红移在1100℃逐渐消失,晶格内部残余缺陷浓度随着退火温度的升高而逐渐降低,晶格内部逐渐恢复至未辐照时的长程有序结构。采用高分辨X射线衍射仪对SiC晶体的晶格参数的测试方法进行了研究,通过φ扫描找到了切割SiC晶体的衍射位置,2θ扫描结果发现,样品的2θ衍射角随退火温度升高以近似线性的趋势增大,半高宽(FWHM)随退火温度升高以近似线性的趋势降低。其次,开展了SiC晶体测温技术数据处理方法研究。对SiC晶体XRD衍射图谱进行分析得到在500-1400℃分别标定5min、10min和15min样品的晶格参数2θ与半高宽,建立2θ和半高宽与退火温度和时间的数据库,并且通过经验公式绘制标定曲线。采用迭代算法对实际工作的SiC晶体的归一化时间历程曲线进行等效时间计算,获得不同归一化时间历程曲线的等效时间,根据等效时间和样品的XRD测试获得的2θ和半高宽参数,对照标定曲线判读SiC晶体所经历的最高温度。第三,采用MATLAB编写了SiC晶体测温可视化判读软件,软件可对归一化时间历程曲线进行等效时间计算,输入晶格参数2θ与半高宽值,可输出两个判读温度进行对比,并可将其优化为一个更加精确的温度判读结果,利用GUI实现了以数据处理与温度判读的整合,操作简便快捷,并且将GUI文件转换成EXE可执行文件作为单独软件运行。晶体测温判读软件的测温范围为500-1400℃,测温误差仅为0.447%。最后,开展了AlN薄膜测温技术的探索研究。采用反应溅射方法制备(002)取向AlN薄膜,并优化工艺参数选取弱取向AlN薄膜作为实验样品。在400-1000℃范围内退火60 min,SEM表征结果表明(002)弱取向AlN薄膜退火后出现晶粒长大现象,XRD测试结果表明半高宽与2θ值随退火温度的升高分别呈现单调减小和增大的趋势,证明了(002)弱取向AlN薄膜用于晶体测温技术的应用潜力。
【图文】：

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第一章绪论景及意义为航空飞行器的核心组件，，其发展和进步程工业制造能力[1,2]。新型高效发动机的研制和任务，因发动机的效率随工作温度的升高而料，由于材料的强度随着温度的升高而降低在高温环境下的正常使用以保证发动机的正通常要低于某一特定材料的最高温度 100℃以及研究精确的测温技术显得尤为重要，但动机元件在被测试过程中保持完整，不会因影响被测材料的热性能又能够准确测温，使有挑战性的难题。

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图 1-2 测温晶体校准图的示意图[19]08 年 S. Shukin 等人在 ASME 涡轮博览会议提到 Sieme将测温晶体安装在发动机叶片等热区，测量金属表面和分析表明，涡轮冷却空气可以以降低总空气消耗的方式个更均匀的表面温度分布的热截面组件，从而减少热，加上从压缩机增加 1.5%的气流，然后被用来增加功率测温技术对流动路径组分的热态进行了详细的映射，件寿命模型，以探讨再分配和减少总冷却空气消耗的多个测试点的数据，对涡轮的三维 Navier-Stokes 气动叶片进行了三维热状态模型的标定，最后将所得结果限元力学完整性分析[20,21]。2011 年 I. V. Bachuchin 等人理，并给出了应用实例。该装置的工作是基于辐照下器中的膨胀，并根据加热的持续时间和温度降低这种技术特点为测量温度范围 150-1400℃；最高温度下时
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V232.4

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