涡轮叶片冷却风道异物堵塞的红外无损检测

发布时间：2017-09-15 20:29

  本文关键词：涡轮叶片冷却风道异物堵塞的红外无损检测

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【摘要】：航空发动机涡轮叶片是给发动机提供高推动力的主要部位,叶片的工作环境也极其恶劣,高温、高压、高速的载荷使得叶片非常容易受损,尤其是叶片的冷却风道发生堵塞易对发动机散热造成损害引起飞机事故。对于风道堵塞一般采用X射线检测,但是每次检测都需要在风道中灌入铅粉,操作复杂,效率低下。针对这种情况,本课题对热成像做了相关研究后,对涡轮叶片冷却风道的堵塞物检测提出采用红外无损检测方式。本文根据叶片的内部结构,材料特性,实际工作的冷却机理建立堵塞区的传热模型,定量的给出了风道堵塞参数、实验控制参数、与红外热成像参数——温差之间变化的关系。推导出了缺陷区域和非缺陷区叶片表面的温度差和时间、换热系数、冷热水激励温差、堵塞大小之间的关系式。在分析比较多种实验热激励方式后,鉴于水具有比热容大,可以带来足够的热量,粘滞系数小,不会对叶片风道造成二次污染等特性,选择冷热水交替作为红外检测的热激励载体。基于冷热水热激励方式对上述模型进行仿真,采用梯度搜索优化算法,在风道堵塞参数特定情况下为实现检测确定了实验控制参数的最佳取值区域,给实验参数的选取提供了理论依据。根据仿真结果提供的控制参数对叶片的堵塞情况进行红外无损检测,实验证明了在优化的时间参数范围内能从叶片表面观测到最大温差,并和工业上常用的DR检测方法结果对比,从而证明提出的温度场模型是合理的,以及对于参数的优化是有效的。
【关键词】：涡轮叶片 冷却风道 红外检测 温度场模型
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V263.6
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-14
• 1.1 研究背景及意义7
• 1.2 无损检测在叶片检测中的应用7-9
• 1.3 红外无损检测技术9-13
• 1.3.1 红外热波无损检测的应用10-11
• 1.3.2 红外无损检测国内外现状及前景11-13
• 1.4 本文主要内容13-14
• 第二章 涡轮叶片红外热波检测原理与检测系统14-27
• 2.1 热波基础理论14-19
• 2.2 红外检测原理19-20
• 2.3 涡轮叶片典型结构20-22
• 2.4 红外热波检测系统设计22-27
• 2.4.1 系统构成22-23
• 2.4.2 红外热激励的选择23-25
• 2.4.3 红外热成像25-27
• 第三章 涡轮叶片冷却风道堵塞模型27-35
• 3.1 涡轮叶片风道冷却27-28
• 3.2 典型的风道堵塞及其传热分析28-29
• 3.3 冷却风道中的传热模型29-32
• 3.3.1 堵塞区与冷热水的对流换热29-30
• 3.3.2 与肋片的一维非稳态热传导30-31
• 3.3.3 通过叶片蒙皮的传热31-32
• 3.4 风道堵塞红外检测模型32-35
• 第四章 基于风道堵塞模型的红外热波检测参数优化35-46
• 4.1 引言35
• 4.2 梯度下降优化算法35-37
• 4.3 检测参数优化37-44
• 4.3.1 优化对流换热系数37-40
• 4.3.2 优化热激励温差40-41
• 4.3.3 优化堵塞区囤积热水质量41-44
• 4.4 结论44-46
• 第五章 实验结果及分析46-62
• 5.1 实验装置46-47
• 5.2 涡轮叶片风道堵塞实验47-60
• 5.2.1 叶片侧面出气口堵塞检测48-51
• 5.2.2 叶片正面出气口堵塞检测51-55
• 5.2.3 叶片顶部出气口堵塞检测55-58
• 5.2.4 堵塞的DR检测和红外检测58-60
• 5.3 影响实验结果分析60-62
• 第六章 全文总结与展望62-64
• 6.1 全文总结62
• 6.2 今后工作展望62-64
• 参考文献64-67
• 致谢67

【参考文献】

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1 张淑仪;超声红外热像技术及其在无损评价中的应用[J];应用声学;2004年05期

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本文编号：858728