航空發動機究竟有多「火熱」?用這些方法測測就知道

2020-11-24 澎湃新聞

航空發動機究竟有多「火熱」？用這些方法測測就知道

2020-11-17 21:56 來源：澎湃新聞·澎湃號·媒體

導讀

在現代航空發動機的研發製造過程中，設計人員和工程師們需要考察並解決一系列關於發動機效率、強度、壽命等方面的問題。作為工業皇冠上的明珠，航空發動機需要在高溫、高壓、高轉速等極限條件下正常運轉，確保其滿足適航要求的安全性和可靠性條件，最終達到「百鍊成鋼」。其中，獲得準確的溫度參數成為圓滿完成試驗的重要支撐。

隨著溫度測試技術手段的發展，結合實際的工程使用經驗，目前在航空發動機上開展的溫度測試常通過以下幾類傳感器及介質來實現，這些測溫「神器」包括熱電偶、示溫液、示溫漆、測溫晶體。

熱電偶

熱電偶是目前應用最廣泛的溫度傳感器，其基本原理是：兩種不同成份的材質導體組成閉合迴路，當兩端存在溫度梯度時，迴路中就會有電流通過，此時兩端之間就存在電動勢（塞貝克效應，Seebeck effect），該電動勢的方向和大小與導體的材料及兩端溫度有關。熱電偶結構簡單，製造方便，精度高，測量範圍廣，在測試過程性能穩定，極少出現數據差錯，並可以連續輸出溫度數據，實現溫度參數的實時監測。

常見熱電偶類型及應用實例

受制於熱電偶的安裝固定方式，熱電偶的使用可能導致實際溫度場發生變化而造成測試誤差，另外在空間尺寸較小的位置上也難以應用熱電偶；同時，在使用熱電偶進行航空發動機轉子溫度測試時，其信號傳輸也是一項非常具有挑戰性的工作。

示溫液

在發動機試驗過程中，如果想考察某零組件的溫度參數是否達到特定值，可以考慮使用示溫液。示溫液屬於一種熱敏塗料，具有良好的速乾性，在達到特定溫度後會融化並且留下明顯不同的印記。目前市面上美國產Tempilaq示溫液（38種）可以實現79 ℃-927 ℃ 範圍的溫度測試，精度在±1%，不含揮發性毒害物，在受熱後很快發生變化，是一種高效、便捷、經濟合理的測溫手段。示溫液可以測試金屬、玻璃、橡膠、塑料等多種材質的溫度，但使用時應注意避免測試部位接觸油汙，防止影響測試結果。

Tempilaq示溫液

示溫液校準試驗

示溫漆

示溫漆也是熱敏塗料的一種，其漆質細膩，附著牢固，具有良好的經受振動與氣流衝刷的性能，在受熱溫度達到某一數值時，漆的顏色發生穩定而明顯的變化。示溫漆可分為可逆型與不可逆型兩類，主要區別在於冷卻後漆的顏色是否恢復原狀。在航空發動機測試中，常用不可逆多變色示溫漆，這類漆在正確應用於測試後會發生不可逆的顏色變化，產生肉眼可辨的顏色輪廓，其產生的不同顏色反映了不同的溫度。示溫漆精度可靠，響應快，效率高，在用於高溫惡劣環境下部件的測試時具有較好效果，通常可用於燃燒室、冷卻/非冷卻葉片、渦輪導葉等溫度測試。同時應用示溫漆能夠有效的反映被測試位置的溫度場信息。

示溫漆在高溫部件測試的應用

使用示溫漆以前，應對測試區域進行一定的處理，除去表面油汙、灰塵、鏽蝕等，在允許的情況下可採用吹砂的方式對零組件表面打磨，以增加漆在表面的附著力。

示溫漆在葉片溫度測試的應用

在開展示溫漆測試時，除確保在最高溫度狀態穩定工作一定時間外，應減少試驗前的試驗程序時間，這樣可以有效減少高壓衝刷和油氣汙染，提升測試精度和示溫效果；試驗後應注意避免油汙汙染試驗件，以保證判讀數據連續性。

測溫晶體

測溫晶體是經過核射線放射後形成的一種碳化矽改性晶體（��-SiC），經過核放射後，原晶體的晶格之間產生了缺陷。在受熱後，測溫晶體的晶格缺陷發生恢復，其恢復程度與受熱溫度及受熱時間有關，因此，可根據測溫晶體晶格之間缺陷相關參數的變化來進行溫度判讀。

測溫晶體形成及工作原理

測溫晶體的安置方式及應用實例

測溫晶體的測量範圍廣泛：200℃-1500℃，測試精度較高：±3-6℃，且尺寸小：0.2mm-0.3mm不等；用於試驗後存活率可達95%。尤其在傳統測試手段難以應用的結構和位置上，測溫晶體具有良好效果，例如火焰筒、渦輪導葉、渦輪/壓氣機盤、球/棒軸承溫度等結構。

總 結

上述方法均屬於溫度測試中的接觸式測溫，總體來說，接觸式測溫方便快捷，經濟性好，且可以廣泛應用。在工程實踐中將這些方法合理結合起來進行應用（例如「熱電偶+示溫液」、「示溫漆+測溫晶體」等），可以獲得更加準確可靠的發動機零部件溫度數據。上述溫度測試技術目前在世界航空發動機研發製造過程中廣泛應用，具有成熟的實踐經驗。

END

作者 | Dordzhyyev、李鵬程

責編 | 吳庭陽

本文轉載自公眾號：心動商發

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