[发明专利]一种旋转状态下的压力测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及压力测量领域，具体来说，对应变式压力传感器进行旋转状态下的标定以得到不同转速下传感器输出信号与实际感受压力值对应关系的标定曲线，利用该标定曲线可准确测得旋转状态下的压力，尤其适用于航空发动机涡轮盘等旋转部件的压力测量。

背景技术

随着技术的进步，提高涡轮前燃气温度已成为改善现代航空发动机性能的重要途径，但同时也会造成涡轮盘热负荷过大等负面影响。为了保证涡轮的安全可靠工作，除在涡轮材料上进行改进之外，对涡轮盘的冷却也相当重要。为了改进冷却结构设计、减少对冷却气量的需求，进而提高发动机的性能，需要深入了解不同涡轮盘腔结构中流动的基本特性。

在进行航空发动机旋转部件附近流体的流动实验时，其表面所受压力通常可作为计算该部件所受轴向力、研究旋转部件附近流动等的重要参考。由于旋转部件在压力测量时存在动静转换的问题，因此存在较大难度。对于旋转状态下的压力测量，现今有两种可供借鉴的思路：

其一，由于旋转压力难以测量而静止压力在测量方法及测量精度等技术上较为成熟，故可将旋转状态的压力转化为静止压力进行测量。具体来说，就是在某径向位置处设置取压孔，将旋转压力引至某静止空腔，然后再在静止空腔内进行压力的测量。该方法存在一定的缺陷：首先，静止空腔与旋转件之间的配合需要做到实时严格密封，这在实际的操作中难度较大且在每次实验时均要达到密封要求，较为繁琐；其次，在高转速情况下，动静部件连接处的轴承发热量较大，这会在取压管内部引起较大的不均匀温升，从而导致测量压力高于实际压力并且难以量化。

其二，将测点处的气体引至旋转取压盘内的封闭空腔内，利用置于空腔内的压力传感器测量腔内压力并将测得的压力信号通过滑环引电器输出。该方法中使用的压力传感器为应变式压力传感器。应变式压力传感器内含有膜片结构，其工作原理为当膜片感受到一定压力时会发生变形，该变形将导致膜片电阻变化进而改变传感器的输出信号，且膜片变形与传感器输出信号之间存在对应关系。在使用传感器测量压力时，可根据变形导致的输出信号变化来判断压力值。不过在旋转状态下，传感器除受到压力作用产生变形外，还将因旋转离心力产生附加变形，其大小由于膜片与旋转离心力及压力的关系难以判定。另外，取压管以及取压盘内封闭空腔内的密封问题也较为繁琐，且需要对旋转状态下取压管内的气柱产生的离心增压进行修正。

以上两种方法都需要在每次数据采集时做好气密性工作，防止气体泄漏造成的压力采集结果不准；同时对于实验的误差评估修正方面，两种方法都未能给出较好的分析结果。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种操作简便、精度容易保证的旋转状态下的压力测量方法，克服在测量过程中存在的动静接口或者取压管、取压盘等设备的气体泄漏问题，对应变式压力传感器进行旋转状态下的标定以得到不同转速下传感器输出信号与实际感受压力值对应关系的标定曲线，利用标定曲线得到准确的旋转状态下的压力。

本发明一种旋转状态下的压力测量方法，通过下述步骤完成：

步骤1：压力传感器的安装；

将压力传感器安装在实验件上开有的贯穿两侧面的传感器安装孔中，用来测量实验件被测面的压力分布状况;所述压力传感器采用应变式压力传感器。

步骤2：安装标定装置；

在实验件被测面上固定标定装置，形成密闭标定腔，且压力传感器的测量点位于标定腔内。

步骤3：静止状态下压力传感器的压力标定；

向标定腔内通入气体，通过测温仪器测得标定腔内的温度，并实时测量通入气体的压力值，同时压力传感器实时测得标定腔内气体压力对应的电压信号值，由此拟合并绘制电压信号与其对应气体压力间的曲线图，作为静止状态下压力传感器的压力标定曲线。

步骤4：旋转状态下压力传感器的压力标定；