[发明专利]非接触式热膜测试设备及压气机转子部件稳定性判别方法

说明书

非接触式热膜测试设备及压气机转子部件稳定性判别方法。其中热膜测试设备包括转动发射器、静止接收器和信号接收处理箱。通过热膜对待测试压气机转子表面边界层的速度进行测量，实时采集与待测试压气机转子表面的湍流边界层的速度相关的电信号，最后通过信号接收处理箱前面板的通用串行总线接口与计算机交互数据，得到压气机转子附近流体的速度分布。根据流体速度与其逆压梯度的关联，判断流场内容易发生流动分离的区域，进而判别压气机的失稳形式。相比于传统的只能在静止状态下对流体的速度进行测量的设备，该技术实现了将转动件上的信号通过非接触的方式传输到静止接收器上，从而通过实验的手段准确判别了压气机稳定性。

技术领域

本发明属于测速技术领域，尤其是涉及一种适用于旋转条件下的非接触式热膜测试设备及适用于压气机转子部件稳定性判别方法。

背景技术

对于流体机械稳定性问题，尤其是航空发动机领域目前广受研究学者的关注，因此通过实验的手段获得其流体力学性能就显得尤为重要。作为航空发动机的核心部件压气机来说，其流动过程多为复杂的非定常流动，而速度就是流场流动最主要的特征参数之一。

当下国内外各类速度测量设备的设计研究较多，综合考虑而言，风杯式为主的机械测速仪在工作中风杯之间易磨损，长期工作之后测速精度降低，需要时刻校准及维修，滞后性大，适合应用在环境条件不是很恶劣、对测速精度要求不是很高且速度不大的场合。超声波式风速仪精度较高，对周围环境要求也高，很难修复发生的故障，成本高，抗干扰能力差。风压式风速仪大多数基于皮托管原理，在测量含尘气流时会对静压孔和全压孔造成堵塞，适用于静风流体介质的环境中。激光多普勒式风速仪测量精度高、测速范围广，但成本较为昂贵，需要被测流体自身具有一定透明度，适合用于精度要求很高的航空设备等高端领域。热式风速仪由于较高灵敏度，响应快，体积小，耐高温等特性，在各类速度测量领域中被广泛研究及应用。

目前，热式风速计主要包括热膜式和热线式两种。从20世纪60年代开始，热线式风速测量技术的研究便成为钻研流体流速测量技术的主流之一。北航的陶智等人就提出过适用于旋转条件下的热线测试设备，该设备包括旋转端、动静转换装置和数据接收端，其中旋转端包括热线探针、CTA模块和A/D转换模块，动静转换装置为导电滑块。在对待测试流体的湍流边界层的速度测量时，旋转端随着待测试流体一起旋转，实时采集与待测试流体湍流边界层的速度相关的电信号，通过动静转换装置将电信号传输至数据接收端存储。然而，进一步的研究表明，国内多所机构在使用热线风速仪的过程中，由于流速较高或气流含尘较多等各种原因，热线断裂的情况多次发生，测试精度无法保证，因此热膜风速计研究更具有实用价值。近年来，国内外针对热膜式测量仪的研究也越来越多，H.B.Liu等人也设计了一种热膜风速仪，其探头结构安装了三个基于微机电设备的热膜传感器芯片，该仪器不仅能监测来流速度，也可以监测气流的方向，极大程度的缩小了尺寸结构，使其更加便携。国内的林志伟等依据热扩散原理，设计出恒功率式的热膜气体风速仪，建立了恒功率风速测量的数学模型，提出了相应的数据处理方法。金晖等研究了一种基于恒压控制的便携式热膜仪器，并经过多次试验发现该仪器可测量0至300m/s的来流速度，同时测量误差小于3％。针对旋转条件下的热膜测试设备来说，常用的导电滑环这一措的不足之处在于在电信号传输时需要进行模拟信号与数字信号相转换，这期间将带来信号干扰，从而使测量结果出现较大误差。此外，本申请人专利申请：申请号：CN2017105463075，公开号：CN107271714A，公开一种适用于旋转条件下的热线测试设备，该技术方案包括动静转换装置、测试过程中随着待测试流体转动的旋转端、静止放置的数据接收端；所述动静转换装置连接所述旋转端和所述数据接收端；所述旋转端将所述待测试流体旋转过程中产生的电信号传输到所述动静转换装置，所述动静转换装置将所述电信号传输到所述数据接收端，所述数据接收端存储所述电信号。该现有技术仅仅阐述了热线测试设备的具体结构，然而，该测试设备并没有记载如何采用非接触式的电源与信号传输技术，通过测量压气机转子附近流场的动态信号从而对压气机稳定性进行判别。

发明内容