利用物聯網數據對航空發動機先進高溫測試技術的研究

陳星彤　尹鑫銘　馮曉銘　趙紫博·

摘 要：在航空發動機的檢測過程中，其溫度的檢測過程是一個重要的環節，在當今大數據與物聯網工程的發展前提下，其檢測方式也應該做到與時俱進。所以我們利用現在的專業設備對其進行更加合理的研究。目前的測溫技術有熱電偶測溫技術、紅外光譜測溫技術、藍寶石光纖測溫技術、示溫漆測溫技術、超聲波測溫技術等8大測溫技術。我們通過進行相關文獻的查閱，全面論述其原理、結構組成、系統分類、特點、用途、應用舉例，最后得出個人對當前測量方式的看法。

關鍵詞：熱端部件;高溫檢測;測溫裝置;各領域應用

一、引言

在航空發動機高溫檢測的過程中，主要測試的是燃燒室、渦輪、加力燃燒室和尾噴口的溫度，測量的難點在于工作部件的位置復雜，溫度傳感器不好安裝。航空發動機高溫測試技術，主要針對的是燃燒的氣體、氣缸壁面以及熱端部件的溫度進行測試[1]。

航空發動機實際上實質上它是介于傳統渦槳和渦扇之間的一種新概念的發動機。它在打飛機與軍事飛機的是應用十分廣泛，發動機技術的好會關系到一個國家的航空事業的發展和國家領空安全，其作用不允小視，目前我們自主研制的發動機扇葉處于國際領先水平，但各種檢查裝備有些還在依賴進口。

目前從航空發動機的設計和驗證試驗的需求上來看，在實際的應用過程中實時監測航空發動機各部件的表面溫度和氣體，氣缸溫度的分布特性，并對其準確測試具有重大意義[2-3]。隨著航空發動機的不斷在打飛機和大型機上的利用，為符合其工作需要，發動機的功率也在不斷的增加，渦輪機進口溫度以從第3代的1750K增加到到第4代的1977K，未來第5代發動機的進口溫度甚至達到2000-2250K。

二、測試技術

2.1熱電偶測溫

熱電偶測溫是目前應用最廣的一種測溫技術，它的特點是具有測量結構簡單、能夠同步測量、在較短的時間內響應、成本較低等，能適應不同復雜結構和環境的檢測。但是，目前我國的新型燃燒室的氣體溫度和氣缸溫度已經遠遠超出了常規熱電偶測溫器的測溫范圍，需要利用更加先進的工作儀器進行測量工作。

2.2薄膜熱電偶

薄膜熱電偶是采用化學涂層，直接安裝在葉片表面而不需去除其表面材料的薄膜溫度傳感器，一改過去的以絲狀或塊狀材料為傳感器的敏感元件的傳統，真空蒸鍍、真空濺射或電鍍等技術，將金屬薄膜直接鍍制在金屬表面，形成沉積有絕緣材料層的薄膜傳感器，其中，接觸電動勢和溫差電動勢兩部分構成了回路中的電動勢。

2.3示溫漆測溫

示溫漆測溫直接將功能性涂料涂覆在被測件面，是一種非干涉式，非侵入式的測溫方法，根據其顏色就可以判斷出其大概的溫度范圍，但這樣的溫度檢測技術材料的溫度不準確，這是一個大概的范圍，一般利用在對溫度測量結果要求不高的位置去測量。單變色不可逆示溫漆，如靛藍與TiO2混合制成藍色涂料SW-S的變色機理，就是利用感溫顏料的升華、顏料的熱分解反應、固相反應、氧化反應等引起的顏色變化的現象來指示溫度的[7]，當達到一定溫度時顏料顏色機會發生變化，藍色物質發生升華，只剩下白色的Tio2涂層，這種測溫就是利用這種顏色的變化達到測溫的目的，但是這樣的檢測方式也有很大的問題，由于受到周圍溫度的影響，其測量結果可能會有有所誤差。

2.4示溫漆測溫實物圖

2.5紅外光譜測溫

紅外輻射能量的大小會按照波長的分布進行顯示出來，就像我們見到的紅外儀器一個原理，工作部件在紅外儀器鏡頭下成像出不同的顏色分布，溫度最高的部位會成像出深紅色，溫度較低的位置會成像出紅色，再低的時候會成像出橙色，如果與室溫大概相同時會變位綠色，我們就是根據不同部分的顏色分布來判斷出溫度最高的部位。

目前我們應用的紅外測溫儀具有的主要特點是：結構簡單、工件精巧、測溫效果好、非接觸式、測溫范圍廣泛、響應速度快，靈敏度高、測溫范圍寬廣等。但是在被測對象的發射率不同的影響下，可能會測不到到被測對象的真實溫度，測量的只是工作零件的表面溫度。

美國的R.Dils公司最早的研制出藍寶石光纖溫度測試儀器，后來Luxtron公司生產的溫度儀可以測量達2200 ℃的工件溫度。20世紀80年代末，浙江大學的沈永行教授等人成功研制了中國藍寶石單晶光纖傳感器，為我國在這方面的研究做出了重要的貢獻。

2.6超聲波測溫

超聲波測溫技術是利用超聲波在不同溫度的工件中彈回的波長不同來達到測溫效果的，同時，聲速c和溫度T之間的函數關系滿足：

三、結論

①隨著新型發動機的設計和新型合成材料在先進發動機中的使用，高溫測試技術得到了很大的發展。許多新的高溫測試技術已得到了應用，一些新的方法正在研究中，目前應繼續提高溫度儀表性能、精度、靈敏度和壽命，縮短動態響應時間。

②計算機技術與傳感器結合是發展趨勢。

③重視和加強理論計算預測方法的研究，理論計算預測與試驗相結合，相互驗證和補充，可以節省人力、物力和時間、提高效率。

參考文獻

[1]李志誠，航天裝備的溫度測試測技術，航空航天出版社，2016.

[2]鄧時軍，李凱，王云龍，結。微納藍子術所，2015，52（3）：178-184.

[3]王明瑞，王振華，韓冰，結，空工試涉及部分溫渦輪技加術所[J]，空工試涉及，2016，42（5）：87-93。