[发明专利]一种非接触式应变场与温度场同步测试系统及其测试方法

说明书

本公开了一种非接触式应变场与温度场同步测试系统及其测试方法，包括待测区域、第一光源照射器、第二光源照射器、应变场测试子装置、激发辐射温度场测试子装置、热辐射温度场测试子装置以及工作站，应变场测试子装置、激发辐射温度场测试子装置和热辐射温度场测试子装置的下方沿光路依次布置有第一分光棱镜、第二分光棱镜和分光镜。通过上述，本公开提供的非接触式应变场与温度场同步测试系统及其测试方法，同步获取待测区域内待测对象表面区域的应变场与温度场，确保了测试结果在时间上的一致性。

技术领域

本公开涉及航空发动机试验测试技术的领域，具体涉及一种非接触式应变场与温度场同步测试系统及其测试方法。

背景技术

航空发动机热端部件受到高温、高压的燃气包裹，服役过程中承受着复杂交变的多场耦合载荷/环境作用，在强时变、大梯度的温度场与应力场耦合作用下极易产生疲劳裂纹、掉块等故障，造成发动机整机/部件动力学特性恶化和关键构件的过早失效，严重制约着航空发动机的安全性和可靠性。其中，对热端部件应变场、温度场及其变化历程的精准刻画是认识理解材料损伤演化过程并开展结构寿命评估的基础，已成为航空发动机发展所面临的关键技术之一。

在目前的航空发动机热端部件结构设计过程中，应变场与温度场的获取主要采用多场耦合数值仿真与近服役条件下部件试验验证相结合的方式。然而由于测试环境、对象的极端复杂性，传统的接触式应变、温度测试技术只能实现单点、单参数或峰值测量且存在影响被测结构特性、空间分辨力低、抗干扰能力弱等一系列问题，无法描述服役过程中叶片应力应变与温度分布及变化情况，更无法实时反映二者的耦合作用，难以对仿真分析结果进行有效验证和必要修正，这是导致高温构件寿命预测精度较低的主要原因。

基于光学原理的非接触测试技术克服了传统接触式测试的缺点，可在不与被测对象接触的情况下对结构表面应变/温度场进行高精度测量，能够获得更为全面的应变/温度分布及其变化历程数据，为仿真结果验证及结构设计提供有力支撑。非接触测量技术在材料力学性能试验和构件安全性评价中得到了快速发展和广泛使用，如采用数字图像相关方法的复杂结构位移与应变场测试、基于单色/双色/多光谱或受激荧光的全场辐射测温等，并发展出了在实验室条件下能够同时测量应变场与温度场的成套产品。但考虑到对于航空发动机热端部件，尤其是涡轮叶片这类复杂结构的真实测试环境，由于高温燃气环境、高速旋转、振动/噪声、目标非均匀/强变物性等诸多因素的耦合影响，现有非接触式光学测试技术尚无法实现宽温度量程(400～1200℃)、高动态特性(10000rpm，μs级测试响应时间)下应变场与温度场的同步测试。

发明内容

针对上述存在的问题，本公开的目的在于提供一种非接触式应变场与温度场同步测试系统及其测试方法，以期实现对宽温度量程、高动态特性下航空发动机热端部件表面区域应变场与温度场的同步获取，为航空发动机关键零件设计、评估提供支撑。

为实现上述目的，本公开提供了一种非接触式应变场与温度场同步测试系统，包括待测区域、第一光源照射器、第二光源照射器、应变场测试子装置、激发辐射温度场测试子装置、热辐射温度场测试子装置以及工作站，所述第一光源照射器和第二光源照射器分别呈斜向对称布置在所述待测区域的前方，所述应变场测试子装置、激发辐射温度场测试子装置和热辐射温度场测试子装置依次从近到远布置于所述待测区域前方的同一区域并分别与所述工作站通讯连接，所述应变场测试子装置、激发辐射温度场测试子装置和热辐射温度场测试子装置的下方沿光路依次布置有第一分光棱镜、第二分光棱镜和分光镜。

可选的，所述第一光源照射器采用常亮短波光源照射器，发出常亮短波光源照射待测区域。

可选的，所述第二光源照射器采用脉冲激光光源照射器，发出脉冲激光光源照射待测区域。

为实现上述目的，本公开还提供了一种非接触式应变场与温度场同步测试系统的测试方法，包括以下步骤：

将待测对象放置在待测区域内，并对待测对象的表面喷涂荧光涂层，利用耐高温材料或物理划痕手段，在荧光涂层表面制备散斑图案；