[發明專利]一種轉動壓力標定裝置及標定方法

在審

• 申請號: 202010833578.0
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112098107A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 劉高文;雷昭;王俊凇;宋月龍;李鵬飛
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01M15/02;G01L27/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種轉動壓力標定裝置與標定方法，將轉盤套裝在空心轉軸上，由所述轉盤內端面與靜止機匣內端面之間的空間形成了壓力標定轉靜腔。通過壓力傳感器得到轉動氣流壓力，通過熱電偶得到測量測點位置處轉動氣流溫度。分別得到轉盤轉動狀態下壓力標定值和轉盤靜止狀態下壓力標定值。靜態標定后的壓力值與傳感器半徑位置處的壓力的差即為傳感器在不同轉速與不同壓力下因形變而產生的壓力偏差。本發明能夠方便的得到不同工況條件下壓力傳感器形變造成的壓力測量偏差，修正該偏差值進而提高轉動件上壓力的測量精度，為航空發動機空氣系統相關轉動實驗提供準確測量手段，保證實驗測量精度。

技術領域

本發明涉及航空發動機空氣系統領域，具體是一種用于高轉速旋轉盤上或旋轉孔內氣流壓力標定裝置及標定方法。

背景技術

目前，航空發動機推重比的提高意味著需要相應提升渦輪進口前燃氣溫度，每提高55℃，發動機的推力約可提高10％。現代航空發動機渦輪前溫度已經超過2000K，遠高于發動機高溫部件金屬材料的耐溫上限，單純的提高金屬材料的耐溫極限已經難以滿足發動機性能的提升，更多的是需要從壓氣機抽取空氣并通過空氣系統，包括預旋系統，對高溫部件進行有效的冷卻。

在現代航空發動機中，空氣系統涉及到各種復雜轉靜盤腔、轉轉盤腔，而準確獲取轉子上的氣體壓力是進行空氣系統相關氣動設計的必要條件，也就是說準確得到轉子上氣體壓力，對于航空發動機空氣系統設計計算具有十分重要的意義，提高航空發動機空氣系統的設計水平已經成為航空發動機行業的一項重要任務。

航空發動機內轉動件上氣流的壓力測量需要壓力傳感器與旋轉盤或孔共轉，但是高轉速帶來的巨大的離心力載荷會導致壓力傳感器的破壞，因此壓力傳感器一般不會直接布置在半徑較大的測點位置。而且由于結構尺寸限制以及實際的安裝問題，壓力傳感器一般也不能安裝在軸心位置，即r₁不能為0，因此在高速轉動過程中壓力傳感器在離心力作用下會產生未知的形變。因此壓力傳感器在感受其所在半徑位置處氣體壓力的同時，還感受到離心力引起的傳感器形變帶來的附加壓力，這會造成轉動壓力測量很大的偏差，因此進行氣流轉動壓力標定的方法實用價值很大。

現有技術中，對氣流轉動壓力的標定是將標定裝置安裝在轉盤上，并且將壓力傳感器同樣布置在固定在轉盤上的標定腔內，通過注氣裝置在標定腔內打入不同壓力水平的氣體充當壓力源，此外同樣需要對標定腔內的壓力梯度分布進行壓力源信號的修正。這種方法導致標定工作繁瑣，需要額外設計標定腔并且安裝在轉盤上，而且標定腔的結構尺寸與轉速、旋轉半徑等因素直接相關，同時要將壓力傳感器直接布置在標定腔內會由于傳感器離心過載的限制導致其半徑位置受限或者轉子轉速不能過高。

另一種標定方法是采用商業軟件CAE數值模擬相應轉速下傳感器的感壓膜片的形變，進而通過形變與壓力信號的關系推算出傳感器形變帶來的附加壓力信號，這種方法主要受限于數值模擬邊界條件的給定和計算精度對壓力標定結果有很大的影響。

發明內容

為克服現有技術中存在的標定工作繁瑣、轉子轉速受限于轉盤半徑，以及計算精度低的不足等缺陷，本發明提出了一種轉動壓力標定裝置與標定方法。

本發明提出的轉動壓力標定裝置，包括轉盤、靜止機、空心轉軸、數據記錄儀、壓力傳感器、熱電偶和引壓管。其中，所述轉盤套裝在該空心轉軸的一端，并使轉盤與空心轉軸之間過盈配合；所述數據記錄儀安裝在該空心轉軸另一端的端面上。所述靜止機套裝在該空心轉軸上，并位于該轉盤內側，并使所述轉盤內端面與靜止機匣內端面之間的空間形成了壓力標定轉靜腔。在所述轉盤的外邊緣貫通孔中心處設置有轉子上氣流溫度測點和轉子上氣流壓力測點，并使該溫度測點與氣流壓力測點相鄰。所述熱電偶的一端位于所述溫度測點處，另一端與所述數據記錄儀的溫度測量端連接。所述引壓管的一端布置在所述壓力測點處，另一端與所述數據記錄儀的壓力測量端連通。所述壓力傳感器安裝在數據記錄儀內部，并使該壓力傳感器中心與空心轉軸中心的距離r1＝44mm。