[发明专利]基于脉冲介质阻挡放电的叶尖间隙测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于脉冲介质阻挡放电的叶尖间隙测量系统及测量方法，所述系统包括模拟叶片、金属探针、高压放电电源模块、数据处理模块、数据采集模块、脉冲电压产生模块和等离子体激励器；系统在工作时，由脉冲电压产生模块激发等离子体激励器工作，产生等离子体团，之后在气流的推动作用下，等离子体团向后移动至放电区域，通过高压放电电源模块和金属探针的作用，实现等离子体放电，信号通过数据采集模块的采集，输送至数据处理模块，进而获取叶尖间隙的实际数值。本发明安装方便，测量应用范围广，操作简单，实用性强。

技术领域

本发明属于叶片间隙测量领域。

背景技术

对于航空发动机而言，其转子叶片与机匣间需要保证一定的间隙，以防止运行过程中的失效，但另一方面，高效率的要求又导致其需要保证在很小的范围，因此，近年来，针对叶尖间隙的主被动控制技术发展成为热点，作为控制的前提，进行叶尖间隙的测量，也是亟待发展的技术。目前，国内外研究人员开发和设计了多种测量方法，目前应用较为广泛的方法有光纤法、探针法、电容法、电涡流法等，这些方法都有其独特的优点和缺点。

公开号为CN106403803A的专利申请公布了一种基于恒压式交流放电的叶尖间隙实时测量系统及方法，其通过恒压交流放电的方式，实现了测量范围内每一个叶片的实际叶尖间隙的测量，但是该系统受限于常温常压这一使用场景，且缺乏对流动状态的探寻，这些都限制了其在实际发动机叶尖间隙测量上的应用。

发明内容

发明目的：为解决以上的技术问题，使叶尖间隙测量技术达到真正实用的水准与水平，本发明提出一种基于脉冲介质阻挡放电的叶尖间隙测量系统及测量方法。

技术方案：基于脉冲介质阻挡放电的叶尖间隙测量系统，该系统包括：金属探针，绝缘层，高压放电电源模块，数据处理模块，数据采集模块，脉冲电压产生模块和等离子体激励器；所述等离子体激励器和金属探针均嵌入航空发动机的机闸内，且金属探针与发动机的叶片相对；

根据来流气体的流速大小与气压大小，数据处理模块控制脉冲电压产生模块产生脉冲电压信号，所述脉冲电压产模块将产生的脉冲电压施加在等离子体激励器上，从而使得等离子体激励器在机匣与叶片之间的流道中产生稳定的等离子体，并通过气流的流动作用使得该等离子体覆盖叶片与金属探针之间的间隙；数据处理模块通过高压放电电源模块将电压信号施加在发动机的叶片上；所述数据采集模块实时采集金属探针上的电信号和高压放电电源模块的电信号，并将采集的信号传送至数据处理模块，所述数据处理模块根据金属探针上的电信号判断是否发生辉光放电，若发生辉光放电，则数据采集模块将采集到的辉光放电时的电信号传送至数据处理模块，该数据处理模块根据收到的电信号计算出发电机的叶尖间隙；若未发生辉光放电，则数据处理模块控制高压放电电源模块的输出电压逐步提高，从而在叶片与金属探针之间产生高强度的电场环境，当金属探针与叶片之间的电压大于等离子体的击穿电压时，叶片与金属探针之间的等离子体被击穿，辉光放电发生。

进一步的，所述金属探针与机匣接触处采用绝缘材料包裹。

进一步的，所述绝缘材料采用耐高温高压的绝缘材料。

进一步的，所述等离子体激励器包括暴露电极，等离子体和覆盖电极；所述暴露电极和等离子体置于机匣表面，所述覆盖电极设置在机匣内部，且覆盖电极与机匣接触处用绝缘材料包裹，在暴露电极与覆盖电极之间的气隙空间中设有一块绝缘介质，且该绝缘介质形成介质阻挡层。

进一步的，所述脉冲电压产模块采用介质阻挡放电的方式放电。

进一步的，所述数据处理模块计算叶尖间隙具体为：数据处理模块计算根据等离子体被击穿时数据采集模块采集的电信号的时域特征和频域特征，确定该信号具有的物理特征，之后选择小波变换或S变换抽取相关的特征量，从中进行分析总结，并通过制定评价指标的方法，将抽取的特征量组合成一个表征量，并将该表征量确定为叶尖间隙的表征。

基于脉冲介质阻挡放电的叶尖间隙测量系统的测量方法，具体包括如下步骤：