[發明專利]一種三維葉尖間隙的光纖束檢測探頭及其解調方法

有效

• 申請號: 202010049414.9
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111220084B
• 公開（公告）日: 2021-07-13
• 發明（設計）人: 張小棟;劉洪成;熊逸偉;黃鑫;徐志豪;朱家浩
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14;G01B11/26;G01D5/353;G01M15/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明公開了一種三維葉尖間隙的光纖束檢測探頭及其解調方法，包括中心的發射光纖及其周圍的接收光纖，在中心設置1根發射光纖，接收光纖設置有偶數根，接收光纖關于發射光纖端面相互垂直的中心線對稱分布，光纖與光纖的間距實現發射光纖和所有接收光纖間距總和最小；根據分組對稱光纖束檢測探頭接收光纖接收的光功率信號，對光纖束檢測探頭的光纖進行左右和上下分組，利用處于光纖探頭不同分組對稱位置的接收光纖接收光功率的不同來解調航空發動機三維葉尖間隙，包括軸向轉角、周向轉角以及徑向間隙，為三維葉尖間隙的檢測提供一種簡單的方法，有助于擴展航空發動機健康監測和故障診斷的方法手段，對航空發動機三維葉尖間隙的實時解調。

技術領域

本發明屬于航空發動機制造技術領域，具體涉及一種三維葉尖間隙的光纖束檢測探頭及其解調方法。

背景技術

航空發動機是制造最復雜、最精密的高速旋轉機械之一，其工作在高溫、高負荷的惡劣環境下。在民用航空領域，發動機故障占所有飛機故障的1/3，每年全世界的航空公司將花費高額的維修費用在航空發動機的維修上。在軍用航空領域，發動機的健康監測和維修已經成為影響戰備完好性和任務可靠性的首要因素。為了保證飛行的安全性和可靠性，減少航空發動機的維修成本，航空發動機健康監測技術的發展尤為重要。

航空發動機葉片是高性能航空發動機的核心部件之一，主要包括渦輪葉片、壓氣機葉片、風扇葉片，通常設計為變截面、強扭曲、薄壁曲面，具有復雜拓撲形狀。其中渦輪葉片是航空發動機最主要的結構件之一，包括導向葉片和工作葉片，是將燃氣的熱能轉換為旋轉的機械動能的重要的熱端部件。渦輪葉片在高壓腐蝕性燃氣的沖擊下高速旋轉，除承受巨大的拉應力外，還承受頻率、幅值變化都很大的交變拉應力和扭轉應力，此外還存在高溫氧化、熱腐蝕和磨損的問題。長期以來，渦輪葉片斷裂引起的飛行事故時有發生。渦輪葉片發生斷裂失效時，葉片碎片飛出，很可能打傷周圍的其他部件，嚴重影響發動機的工作效率和飛機的飛行安全，所以在航空發動機健康檢測技術中，對渦輪葉片的實時監測十分重要。

渦輪葉片的間隙變化對航空發動機的性能和結構安全性影響很大，減小高壓轉子葉尖間隙能大幅度降低燃油消耗率，降低排氣溫度，延長發動機使用壽命；而渦輪葉尖間隙對航空發動機安全性的影響也不可忽視，為了提高航空發動機的效率，適當的減小葉尖間隙是合理的，但是葉尖間隙過小會導致葉片與機匣內壁發生碰摩，危害航空發動機的安全。所以，在航空發動機的研制和運行過程中主動監測渦輪葉尖間隙非常重要。

傳統的航空發動機葉片葉尖間隙是指葉尖表面到機匣內表面的徑向間隙，僅僅具有一個維度，對航空發動機的故障特征反映不夠全面，不夠敏感，文獻“渦輪3維葉尖間隙對典型故障特征的響應特性分析”提出了航空發動機葉片三維葉尖間隙的概念，通過對包括徑向間隙、軸向偏轉角、周向偏轉角的實時監測，可以更加全面、直觀地獲取航空發動機的故障信息，實現航空發動機的實時健康監測；授權公告號為CN109141264B的專利提出了一種三維葉尖間隙解調的方法及裝置，為航空發動機三維葉尖間隙的測量提供了一種思路，但是該解調方法過于復雜，實時測量效果不佳，且測量探頭尺寸偏大，應用于實際安裝過程比較困難。

因此，針對目前航空發動機三維葉尖間隙高效、準確的測量需求，設計一種結構緊湊、可靠性高、抗干擾能力強的檢測航空發動機三維葉尖間隙的光纖探頭，通過光纖探頭采集的信號，實現對航空發動機三維葉尖間隙的實時解調，對渦輪葉片以及整個航空發動機的健康監測具有重大意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種檢測三維葉尖間隙的分組對稱光纖束探頭及其解調啊，結構緊湊，能準確檢測葉片與光纖束檢測探頭端面形成的三維葉尖間隙，為后續通過三維葉尖間隙提取航空發動機葉片故障特征提供有力保障；檢測三維葉尖間隙的分組對稱解調方法，以上述分組對稱光纖束檢測探頭獲取的信號作為基礎，通過光纖束探頭上不同區域的接收光纖接收到的光功率信號與三維葉尖間隙之間的關系準確解調出航空發動機三維葉尖間隙。