[发明专利]一种航空发动机涡轮叶片温度监测装置

说明书

该发明公开了一种用于航空发动机涡轮叶片温度监测装置，涉及温度检测领域，具体说是一种航空发动机涡轮叶片温度监测装置。为了解决航空发动机涡轮叶片温度在线监测中存在的发射率测量困难，燃烧室复杂气体环境干扰等关键科学问题；本发明在温度测量和燃气光谱分析协同工作模式中，两种功能共用一套光路系统，通过燃气光谱分析，选择理想的测温“窗口”，消除燃气吸收造成的辐射衰减，提高测温精度；探头的调焦设计及精确调节控制设计，通过准确的控制扫描伺服与调焦伺服，不断改变光学扫描镜的方位角，并通过调焦来补偿光学准直物镜工作距离的变化，最大程度获得叶片表面不同区域点的辐射量。

技术领域

本发明涉及温度检测领域，具体说是一种航空发动机涡轮叶片温度监测装置。

背景技术

目前，市面上有关涡轮叶片温度测量的产品唯一一款是英国RR公司生产的ROTAMAP II。该设备将探针和移位机构安装在发动机机匣上，在发动机最大工作状态下，可编程扫描涡轮转子叶片表面，获得每转每叶片在不同周向与径向位置的采集数据，以此来测量高温涡轮叶片表面温度，并通过计算机做成像分析处理，得到高质量高分辨率的叶片温度分布彩色图像输出。

《航空发动机涡轮转子叶片表面温度测量研究》中提到，贵州航空发动机研究所利用辐射测温系统对叶片叶背排气边表面温度进行测量，测量范围为650～1100℃，误差±2℃；《基于LabVIEW的比色温度测量的实现》中提到，哈尔滨工程大学采用红外辐射测温技术在某重型舰用燃气轮机上实现了叶片温度的测量，测量范围为800～1400℃，误差小于7℃。国内的研究单位的并没有研发出完备的非接触式航空发动机涡轮叶片温度测量技术，更没有相应的商业化产品应用在航空发动机上。

针对航空发动机发展的迫切需求以及发动机涡轮叶片温度监测仪器的国内外现状，拟研发高精度可变焦航空发动机涡轮叶片温度监测仪器，重点解决航空发动机涡轮叶片温度在线监测中存在的发射率测量困难，燃烧室复杂气体环境干扰等关键科学问题和发动机涡轮叶片形状复杂、高速旋转，难以定位，以及高温下测量等重要技术问题。为我国航空发动机涡轮叶片的研究，包括材料选择与优化、结构力学、动力学研究等提供第一手资料，进而为突破我国在高性能、高可靠性航空发动机研制中的技术瓶颈提供重要的理论和实验数据。

发明内容

本发明主要解决的技术问题，就是提出一种用于航空发动机涡轮叶片的温度监测装置，解决航空发动机涡轮叶片温度在线监测中存在的发射率测量困难，燃烧室复杂气体环境干扰等关键科学问题和发动机涡轮叶片形状复杂、高速旋转，难以定位，以及高温下测量等重要技术问题。

解决以上技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种用于航空发动机涡轮叶片温度监测装置，该装置包括：辐射光收集装置、数据采集处理模块、主控制器、黑体标定模块；所述辐射光收集装置的光路依次为：从涡轮叶片上发出的辐射光经过扫描反射镜的反射成为主路辐射光，辐射光首先通过准直镜组进行准直，然后经过分色镜1分出一条可见近红外光的支路，该支路通过聚焦镜1后采用VNIR探测器进行探测；主路辐射光再经过分色镜2分出一条短波红外光的支路，该支路通过聚焦镜2后采用SWIR探测器探测；最后主路辐射光通过聚焦镜3后采用MWIR探测器进行探测；所述黑体标定模块发出的辐射光通过一反射镜在用于反射涡轮叶片发出辐射光的扫描反射镜与准直镜组之间进入辐射光收集装置的光路；所述数据采集处理模块通过VNIR探测器、SWIR探测器、MWIR探测器获得数据并进行分析，得出涡轮叶片表面温度；所述主控制器控制黑体对该温度检测装置进行标定、准直镜组的调焦动作。

进一步的，还包括光谱仪和用于SWIR探测器的滤光片轮，在光纤采集装置的光路中的准直镜组与分色镜1之间设置分束镜从主光路中分出一支路，该支路通过聚焦镜4后采用光谱仪进行分析；所述用于SWIR探测器的滤光片轮包括多个滤光片；根据光谱仪检测到的涡轮燃烧室中燃气的光谱信息，控制滤光片轮切换，避开燃气对SWIR探测器探测的红外光线的吸收波段。

进一步的，所述SWIR探测器和MWIR探测器之前分别添加一块适用于各探测器的滤光片。