[發明專利]一種用于渦輪發動機葉尖間隙測量的光纖探頭

在審

• 申請號: 202110656676.6
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113310421A
• 公開（公告）日: 2021-08-27
• 發明（設計）人: 周少彤;謝龍;翁繼東;劉盛剛;唐隆煌
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01B11/14
• 分類號: G01B11/14
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 王鵬程

本發明公開了一種用于渦輪發動機葉尖間隙測量的光纖探頭，包括：氣流引流件、光纖插芯組件、光纖組件和LC光纖轉接頭，光纖插芯組件設置在氣流引流件內，光纖組件的第一端與光纖插芯組件固定連接，光纖組件的第二端與LC光纖轉接頭固定連接；設定氣流引流件相對于光纖組件所在的一側為光纖探頭的前端；氣流引流件內設置有引流通孔，光纖插芯組件設置在引流通孔內且與引流通孔的后端密封連接；光纖插芯組件的外側面與引流通孔的內側面之間設置有氣體引流腔，氣體引流件的外側面設置有連通引流通孔與氣體引流件外部的引流孔，氣體引流件的前端面設置有連通引流通孔與氣體引流件外部的噴嘴。

技術領域

本發明涉及航空發動機測試領域，具體涉及一種用于渦輪發動機葉尖間隙測量的光纖探頭。

背景技術

航空發動機在工作狀態下，渦輪葉片和機匣在發動機內部較高溫度和較強載荷的作用下，長時間運行將會出現變形，導致發動機葉尖間隙變化，這直接影響發動機的安全性能和工作效率。因此，對發動機在工作狀態下的渦輪葉尖間隙進行測量和分析，是發動機研究過程中的重要內容。

發動機在高轉速運行過程中，內部會形成一個溫度較高、氣流壓強較大、油污染嚴重的環境，這對發動機的葉尖間隙測量帶來一定難度。

目前，用于發動機渦輪葉尖間隙測量的較成熟的方法主要有探針放電測量法和電容測量法等，名稱為《航空發動機葉尖間隙測量研究》的文獻(邱立新等，航空發動機2001年第4期)和名稱為《航空發動機葉尖間隙測量技術》的文獻(張娜等，未來測量2010年第13期航空制造技術)，介紹了多種葉尖間隙的測量方法。

其中，探針放電法是利用施加高壓的探針移動到距葉尖微米量級的距離時對葉片放電的原理進行測量，此方法性能穩定、測量精度高，但只適用于低溫環境(＜600℃)的渦輪發動機，只能測量最小間隙，并且存在一定的安全風險；

電容測量法采用探頭電極和葉尖電極之間距離的變化導致兩者之間電容發生變化，最終將其轉化為電路中電壓信號變化的測量原理，此方法的時間響應和頻響高、最大工作溫度可達1300℃，但其測量精度受環境和校準的影響較大，并且對絕緣要求較高。

采用激光信號對葉尖間隙測量是一種相對較新的測量技術，它利用葉尖對激光的反射光信號，或通過反射光強度、位置、與入射光干涉頻率的變化等多種原理，獲取葉尖間隙信息。此方法在時間響應、測量精度、抗電磁干擾等方面具有較大優勢，但存在易受污染而導致靈敏度下降的不足，另外，由于原材料特性和制作工藝上的限制，目前最高工作溫度為700℃左右。

由此可見，發動機內部的復雜結構，和工作狀態下內部部件變形、油污、振動、尤其是高溫(＞1000℃)等特有的環境，對葉間間隙實時、準確的測量構成了巨大的挑戰。

發明內容

本發明的目的就在于為了解決光纖探頭無法適應高溫的情況，而提供一種用于渦輪發動機葉尖間隙測量的光纖探頭。

一種用于渦輪發動機葉尖間隙測量的光纖探頭，包括：氣流引流件、光纖插芯組件、光纖組件和LC光纖轉接頭，所述光纖插芯組件設置在所述氣流引流件內，所述光纖組件的第一端與所述光纖插芯組件固定連接，所述光纖組件的第二端與所述LC光纖轉接頭固定連接；

設定所述氣流引流件相對于所述光纖組件所在的一側為所述光纖探頭的前端；

所述氣流引流件內設置有引流通孔，所述光纖插芯組件設置在所述引流通孔內且與所述引流通孔的后端密封連接；

所述光纖插芯組件的外側面與所述引流通孔的內側面之間設置有氣體引流腔，所述氣體引流件的外側面設置有連通所述引流通孔與所述氣體引流件外部的引流孔，所述氣體引流件的前端面設置有連通所述引流通孔與所述氣體引流件外部的噴嘴。

具體地，所述噴嘴為與所述引流通孔同軸設置的錐形孔，所述噴嘴的前端直徑小于所述噴嘴的后端直徑，所述噴嘴的后端直徑等于所述引流通孔的直徑。