航空发动机叶片间隙测量方法综述

飞行试验中的发动机叶尖间隙测量方法发动机叶尖间隙是指发动机旋转部件（如涡轮、风扇等）与固定部件（如机架、外壳等）之间的距离，该参数是飞行试验中非常重要的一个参数，它的大小直接关系到发动机的性能与寿命。

发动机叶尖间隙的测量方法是飞行试验中不可或缺的一项技术措施，下面将详细介绍该方法。

发动机叶尖间隙测量的原理是利用激光测距仪和相控阵雷达对发动机叶尖进行三维扫描，然后将扫描到的数据传输到计算机中，通过计算机对数据进行处理分析，最终得出发动机叶尖与固定部件的距离。

激光测距仪是发动机叶尖间隙测量的核心设备之一，它的作用是发射一束激光束，然后根据反射回来的光信号来计算叶尖与固定部件的距离。

相控阵雷达则是用来检测激光束的位置，这样就可以确保测量的精度和准确性。

发动机叶尖间隙测量中需要进行一系列的准备工作。

首先要准确的测定发动机叶尖的位置，尤其是在飞行状态下，叶尖随着飞机的加速和转弯而变化。

此外，在测量之前，还需要检查激光测距仪和相控阵雷达的适用性、精度及标定情况，并对测量站点进行维护和校准。

在发动机飞行前，需要安装测量设备并进行初步测试，确认设备的测量范围、精度等等。

在飞行中，发动机主轴转速与飞行速度的改变会导致叶片挠度的变化，因此，需要对测量数据进行实时校准，以确保测量数据的准确性和实时性。

在整个测量过程中，还需要对数据进行处理和分析，以确保测量结果的可靠性。

测量结果需要纳入飞机数据记录器中，通过对数据进行分析和比对，来跟踪并确定发动机维护和调整计划。

总之，发动机叶尖间隙测量方法是飞行试验中不可或缺的一项技术措施，它对于发动机性能的调整和维护起到了至关重要的作用。

通过该测量方法，可以在最大程度上保证发动机在飞行过程中的安全和稳定，提高飞行的安全性和效率。

为了更好地理解发动机叶尖间隙测量的重要性和实际应用，我们可以通过收集相关数据进行分析。

首先，我们可以收集不同飞机型号发动机的叶尖间隙标准要求。

以波音737 MAX为例，其飞行试验手册要求该型号的发动机叶尖间隙应该在0.5mm至1.5mm之间，而其它型号的飞机发动机，要求叶尖间隙的范围也不尽相同。

航空发动机叶片裂纹检测技术及应用分析航空发动机作为飞机动力的核心，是体现飞机性能的标准之一。

大多采用复杂型面叶片，在运行过程中因为会受到应力、离心力已于弯矩应力的影响，所以容易生成疲劳裂纹、层间分离等损伤。

这种损伤会降低航空发动机的性能，给装备带来安全隐患，甚至会引发灾难。

因此发展、使用高效的检测技术是解决这类问题的关键。

大部分应用于航空发动机叶片检测的方法主要有孔探法以及常规的检测方法如磁粉、射线、涡流电磁法，其中孔探法是发动机外场检测应用最多的一种技术，这种技术检测时间长，对人力的要求很高，并且操作过程较为复杂且必须十分谨慎。

常规的检测方法对复杂曲面结构缺陷的检测存在这一定的局限性。

近年来已出现一些高效的无损检测方法如声波/超声波检测、电磁超声非线性检测、相控阵检测等已经逐步应用于发动机叶片的探伤。

红外热成像技术亦是较为先进的无损检测技术之一，它主要是通过对被测结构件表面的温度变化进行捕捉，利用红外热成像仪采集表面因温度变化而产生的红外信号检测的。

红外热成像技术是用超声波对工件表面积局部进行激励进而进行加热，通过热成像仪捕捉裂纹区域的局部红外图像。

由于在固体器件中超声波传播速度快，所以从发出激励信号到采集到反馈信号是极短时间的过程，又因为深度、裂纹大小不同，红外信号传播到试件表面并得到反馈是随着时间、裂纹规模变化的，最后经过图像处理可以对试件的裂纹进行识别与定位。

1 检测原理及方法概述1.1 检测原理概述超声红外热成像检测技术的原理是先将低频高能的超声波注入被测零件，被测零件会产生小幅的机械振动，如果存在裂纹，那么由于裂纹两侧因震动频率不同（即出现相位差）而出现部分热效应（即摩擦生热），导致局部的温度升高表面产生的热辐射也不同。

之后利用热成像仪对被测件表面温度进行捕捉生成零件表面的温度分布图，最后通过对温度分布图中的异常信号进行分析从而得到裂纹的位置及尺寸。

相比于其他成像技术，超声红外热成像技术可以只对表面或者裂纹区域进行加热，对正常的结构区域不加热，这种方法可以增加裂纹检测的可靠性，更有利于分析与判定，其检测原理如图1所示。

航空发动机叶片型面测量技术研究现状与趋势摘要
关键词：航空发动机；叶片型面测量；技术现状
1引言
航空发动机叶片型面测量技术是保证航空发动机可靠性的关键任务之一、叶片型面测量的精确性直接影响到航空发动机的使用寿命，可靠性和
效率。

传统的叶片型面测量方法有基于模型的方法和基于实物的方法，如
活塞钳、活塞钳和投影仪。

随着技术的发展，有越来越多的新的测量方式
可以替代传统的叶片型面测量方法，从而提高测量的精度和稳定性。

本文
主要对目前航空发动机叶片型面测量技术的现状进行研究，总结现有技术
的特点及发展趋势。

2现有测量技术
2.1活塞钳和投影仪组合
活塞钳和投影仪组合是一种常用的叶片型面检测技术，也是一种非接
触式的测量方式，通过投影仪投射叶片型面的影像，活塞钳可以检测到叶
片型面的参数，从而获得叶片型面的精确度。

其精度可以达到0.001毫米，精度也是十分可靠的。

2.2光学测量系统。

探析航空发动机叶片叶尖间隙检测技术摘要：航空发动机叶片修理检测包含检测前处理、目视、无损、叶型精测、叶尖间隙检测以及后期修复等工作，本文主要研究叶型精测和叶片叶尖间隙检测技术。

关键词：航空发动机；叶尖间隙；检测技术1.检测前的处理叶片类零件分为压气转子叶片、压气机整流叶片、涡轮导向器叶片、涡轮工作叶片等。

其中涡轮叶片涡轮叶片表面黏附有燃料燃烧后的沉积物以及涂层和（或）基体经过高温氧化腐蚀后所产生的热蚀层，一般统称为积炭。

积炭致使涡轮效率下降，热蚀层会降低叶片的机械强度和叶片表面处理的工艺效果，同时积炭也掩盖了叶片表面的损伤，不便于检测。

因此在实施修理工艺之前进行必要的预处理和检测，以清除其表面的附着杂质，建议使用水吹砂法。

2.叶片检验检测2.1 目视检查准备好十倍放大镜、手电筒及探针等。

叶片注意检查擦伤、划伤、凹坑、裂纹等故障，尤其是进气边、排气边和叶尖等位置，需要重点检查。

2.2无损检测在修理前，使用先进的检测仪器对叶片的叶型完整性和内部结构进行检测，以评估磨损、烧熔、腐蚀、掉块、裂纹、积炭和散热孔堵塞等损伤缺陷情况，从而指导叶片的具体修理工艺。

目前，CT已经成为适用于测量涡轮叶片壁厚和内部裂纹的主要方法。

一台CT 机由X辐射源和专用计算机组成。

检测时，辐射源以扇形释放光子，通过被检叶片后被探测器采集。

其光子量和密度被综合后，产生一幅二维层析X光照片，即物体的截面图，从中分析叶片内部组织结构，得出裂纹的准确位置及尺度。

连续拍摄物体的二维扫描，可生成数字化三维扫描图，用于检测整个叶片的缺陷，还可检测空心叶片冷却通道的情况。

CT可探测到10-2mm级的裂纹。

2.3 叶型的精确检测叶型的精确检测可使用接触式测量和非接触式测量2.3.1 接触式测量接触式测量一般使用三坐标测量机，是一种高精度的三维空间检测设备，具有检测精度高、检测重复性好、自动化程度高等优点，适合叶片类复杂曲面的精密测量。

近年来，随着我国航空工业的发展，三坐标测量机在叶片生产厂家已经较为普及，且开发出专用于叶型检测的测量系统，可自动检测叶身的几何形状，并与标准叶型比较；自动给出偏差检测结果，来判断叶片的可用度和所需采用的修理手段。

航空发动机涡轮叶片的检测技术航空发动机的涡轮叶片主要有两部分组成，分别是进行动力工作的工作叶片和进行方向指引的导向叶片，这两部分设计的好坏至关重要，能够在一定的程度上提高发动机的推力，更有利于航空器的飞行。

对于涡轮叶片来说，因为其科技含量高，制造困难，我国在这方面的研究与国外有着一定的差距。

涡轮燃烧温度随着科技的发展在逐渐地提高，但是对于我国来说，由于科技方面存在着一定的短板，我国在涡轮增压方面并没有提高太高的温度。

而在国外涡轮发动机的发展过程中，其涡轮前的燃烧的温度有的已经达到了1700K以上温度。

就目前我国的涡轮叶片维修现状来看，若要进一步提升对涡轮叶片研制修理能力，必须要重视对涡轮叶片基本检测技术的研究。

涡轮叶片的工作环境恶劣，常在高温高压下工作，其工作环境又具有一定的腐蚀性，并且在其工作中又承受很大的缓冲力与拉应力，极易发生蠕变、断裂等。

在目前的涡轮叶片维修研究中，主要解决的是涡轮叶片的检测以及故障的维修。

对航空发动机的涡轮叶片检测技术研究主要有以下几个方面。

1 航空发动机涡轮叶片的清洗处理航空发动机在工作时，航空燃料会进行剧烈的燃烧。

在燃烧过后会有大量的燃料的废物，也就是说有大量的燃烧沉积物，这一部分的沉积物在高温的环境下会发生一定的氧化作用，其对基体有一定的腐蚀作用，这些沉积物在叶片的表面覆盖，并且杂质又覆盖在沉积物表面，在杂质的覆盖下叶片的厚度增加，叶片厚度的增加不利于对叶片进行安全性能的检测。

并且涡轮叶片在厚度增加的情况下可能会导致发动机出现堵塞的现象，导致发动机的运行效率降低。

因此对于航空器的涡轮叶片，在进行检测的时候要先进行一定的清理操作。

航空发动机涡轮叶片在工作中产生的杂质，也就是积碳，其形成的时候经过了高温高压的特殊的环境，导致杂质的质地比较坚硬，并且使得其与叶片结合非常良好。

因此，当前的科学界正在进行一些关于高效清洗剂的研究，在近几年的研究中有了一定的成果。

如美国在相关领域发明的无毒清洗技术，在该清洗技术中，运用的原理是通过碱性的物质来代替原来的氯氟烃溶剂，这样的清洗方式在实际中的清理的效果也是非常明显，并且这种清洗的技术对于一些顽固的粘着物有着一定的作用。

航空发动机叶片型面测量方法评述航空发动机叶片型面测量是指对航空发动机叶片的曲面形状进行测量和评估的过程。

发动机叶片是发动机中最重要的组成部分之一，其曲面形状的精度和几何参数的精确度直接影响着发动机的性能和效率。

因此，对叶片形状的测量和评估非常重要，可以帮助制造商和运营商确保叶片符合设计要求，并作出相应的调整。

1.光学测量法：光学测量法是一种非接触式的测量方法，可以实现高精度和高精度的叶片形状测量。

常用的光学测量方法包括激光干涉法、摄像测量法和相位移法等。

这些方法需要使用专用的光学仪器和设备，通过光束的传播和反射来获取叶片表面形状的数据。

然后，通过数据处理和分析，可以得到叶片的曲率半径、几何参数等信息。

2.接触测量法：接触测量法是一种通过接触式测量设备对叶片进行测量的方法。

常用的接触测量设备包括坐标测量机、扫描仪和测头等。

这些设备可以通过机械接触来获取叶片曲面的数据，并将其转换为数字信号进行处理和分析。

接触测量法具有测量精度高、适用范围广的特点，但需要与叶片接触，有一定的操作难度和风险。

3.比较测量法：比较测量法是一种通过比较不同叶片样本的形状来评估叶片的方法。

常用的比较测量方法包括光学投影仪、光栅测量法和在叶片上粘贴测量栅的方法等。

这些方法可以将叶片形状的数据与已知的参考数据进行比较，从而评估叶片的几何参数和形状是否满足要求。

比较测量法具有简单易行和成本较低的特点，但需要准备参考样本，并且测量结果的准确性受到参考样本的限制。

另外，随着航空发动机叶片制造技术的不断发展，还出现了一些新的测量方法和技术，如三维打印和数字成像等。

这些新方法和技术可以更加准确和高效地测量叶片的形状，并且可以实现对叶片形状的实时监测和反馈控制。

然而，这些新方法和技术的应用还存在一些挑战，如设备成本高、数据处理复杂等。

总的来说，航空发动机叶片型面测量方法的选择应根据具体的要求和条件来确定。

在选择合适的测量方法时，需要考虑叶片的几何参数、形状复杂度、测量精度和成本效益等因素。

航空发动机涡轮叶片温度测量综述
航空发动机涡轮叶片温度测量是航空工程中的重要研究领域之一。

涡轮叶片是航空发动机中最关键的部件之一，其温度的变化对发动机性能和寿命有着重要的影响。

因此，对涡轮叶片的温度进行精确的测量和控制是非常必要的。

涡轮叶片温度测量的方法有很多种，其中比较常见的方法包括热电偶法、红外线测温法、光纤测温法、电容法等。

这些方法各有优缺点，应根据实际情况选择合适的方法。

热电偶法是一种比较传统的温度测量方法，其原理是利用热电偶将温度转换为电信号来进行测量。

这种方法的优点是精度高、稳定性好，但需要在涡轮叶片表面焊接热电偶，会对叶片表面造成一定的损伤。

红外线测温法是一种非接触式的温度测量方法，其原理是利用红外线辐射能将目标物体表面的热辐射转换为电信号来进行测量。

这种方法的优点是不会对叶片表面造成损伤，但由于受到环境因素的影响，其精度和稳定性相对较差。

光纤测温法是一种新兴的温度测量方法，其原理是利用光纤传感器将光信号转换为温度信号来进行测量。

这种方法的优点是
可以实现分布式测量，可以同时测量多个位置的温度，但需要在叶片内部安装光纤传感器，安装难度较大。

电容法是一种基于电容变化来进行温度测量的方法，其原理是利用电容传感器将温度转换为电容变化来进行测量。

这种方法的优点是可以实现非接触式测量，不会对叶片表面造成损伤，但需要在叶片内部安装电容传感器，安装难度较大。

综上所述，针对不同的实际情况和需求，可以选择不同的涡轮叶片温度测量方法。

在实际应用中，还需要考虑到测量精度、稳定性、安装难度等因素，并结合其他监测手段来进行综合分析和判断。

工具展望2019No.1　航空发动机叶片测量新技术 叶片作为发动机的重要部件之一,其在航空发动机制造中所占比重约为30%㊂由于叶片形状复杂㊁尺寸跨度大(长度20-800mm)㊁受力恶劣㊁承载最大,且在高温㊁高压和高转速的工况下运转,使得发动机的性能在很大程度上取决于叶片型面的设计制造水平㊂目前,航空发动机的叶片制造方法主要有电解加工㊁铣削加工㊁精密锻造㊁精密铸造等㊂由于叶片零件壁薄㊁叶身扭曲大㊁型面复杂,容易产生变形,严重影响了叶片的加工精度和表面质量㊂如何严格控制叶片的加工误差,保证良好的型面精度,成为检测工作关注的重点㊂叶片型面是基于叶型按照一定积累叠加规律形成的空间曲面,由于叶片形状复杂特殊㊁尺寸众多㊁公差要求严格,所以叶片型线的参数没有固定的规律,叶片型面的复杂性和多样性使叶片的测量变得较为困难㊂在叶片检测过程中,传统的标准样板测量手段效率低下㊁发展缓慢,严重制约着设计㊁制造和检测的一体化进程㊂由于航空发动机叶片的数量大㊁检测项目多,三坐标检测技术的引入很大程度地改善了叶片制造过程中检测周期长㊁检测结果不准确等问题㊂三坐标检测适用性强㊁适用面广㊁检测快速㊁结果准确,随着我国航空工业的发展,三坐标测量机在叶片生产主机厂家逐渐得到普及㊂但由于叶片型面复杂㊁精度要求高,不同厂家的测量方式㊁测量流程和数据处理方式不同,导致叶片的测量结果不一致,测量工作反复,严重制约着叶型检测效率的提高㊂叶型检测难点具体表现为:(1)测量精度和效率要求高㊂叶片型面的测量精度直接反映制造精度,通常要求测量精度达到10μm,甚至1μm㊂因此对测量环境要求严格苛刻,通常需要专门的测量室㊂叶片是批量生产零件,数量成千上万,应尽可能提高测量速度和效率㊂生产车间和测量室之间的反复运输和等待,使得检测效率低下㊂(2)测量可靠性要求高㊂叶片测量和数据处理结果应反映叶片的实际加工状态,以此保证叶片的制造质量㊂(3)数据处理过程复杂㊂叶片图纸上不但有叶型㊁弦长㊁前缘后缘半径等尺寸误差要求,还有叶片的形状轮廓㊁弯曲㊁扭转㊁偏移等形位误差要求㊂利用三坐标测量机获取的测量数据存在噪点,通常需要对原始的测量点集进一步简化,提取不同的尺寸和特征参数;还需进行复杂的配准运算,迭代求解叶片的形位误差㊂其中算法选用不同得到的误差评定结果各有差异,导致整个处理过程复杂㊂叶片测量新技术:(1)基于数字样板叶型检测方法标准样板是根据叶片的理论型线设计制造的与叶型截面对应的母模量具,使用叶片固定座(即型面测具)把叶片固定后,用处于理想位置的叶盆标准样板和叶背标准样板检查叶盆㊁叶背型面间隙,并反复调整叶片空间位置,以型线的吻合度作为衡量其是否合格的依据㊂叶型设计图多以透光度或相对误差来表示,如±0.15mm㊂这个比对误差实际上并不是单纯的形状误差,而是形状误差㊁尺寸误差㊁位置误差三者的综合体㊂针对标准样板法的特点和存在的缺点,西北工业大学研究了基于数字样板的检测方法㊂数字样板检测方法是基于标准样板法的原理,利用数字化测量手段获61工具展望2019No.1　取测量数据,然后利用虚拟的数字样板,与实测的数据进行匹配,在公差约束条件下达到最佳匹配㊂最后在该最佳姿态下,求解叶型各项形位误差㊂数字样板检测方法可归纳为三个主要过程:实物样板数字化㊁匹配过程模型化㊁误差评定过程自动化㊂实物样板数字化是将传统的实物样板转换为CAD模型,以数字模型的方式进行样板比对和误差评定㊂由叶片设计模型构造的三维CAD模型,它包括了加工叶片完整的截面几何信息㊁基准信息,是数字样板法误差评定的模型基础,可以进行表面轮廓度分析㊁叶型特征参数和形位误差的分析和评定㊂对于数字样板法的原始测量点集,主要通过CMM测量获得㊂在数字样板构造的基础上,通过匹配过程的模型化对测量数据和数字样板自动进行调整㊂针对数字样板法中的原始测量数据,通常需要进行数据预处理,获取真实有效的型面测量数据参与数字样板检测㊂其中,数据预处理包括测量点去噪㊁测头半径补偿㊁坐标变换㊁测量点与曲面的配准㊁测量点排序等㊂其中,数据处理的第一步,就是对得到的型面测量点进行去噪,筛选有效的测量数据㊂其次,CMM测量得到的数据是测头球心数据,必须进行测头半径补偿㊂对于叶片测量时的装夹引起的系统误差,在样板匹配前必须进行坐标系对齐来消除㊂基于数字样板的叶片检测模块功能结构(2)叶片高速连续扫描技术为提高整体叶盘叶片的检测效率,雷尼绍公司近年来开发了SPRINT高速扫描系统㊂与传统的机内测量技术相比,SPRINT叶片测量系统可以显著缩短测量循环时间,对叶片前边缘也能提供精确出色的测量结果,可以为叶片自适应加工㊁工序间检测等提供很好的检测数据㊂叶片测量分析软件可通过数控机床控制器上的Productivity+CNC plug-in直接运行,因此测量数据可通过宏变量自动提供给数控机床,也可以自动提供给连接的计算机进行下游数据处理㊂SPRINT系统配备的OSP60SPRINT测头每秒可采集1000个3D数据点,从而满足叶片在机快速检测的要求㊂利用SPRINT系统进行测量时,在CNC机床上分别从四个方向对叶片进行测量,从而避免在测量过程中发生测头与工件之间的碰撞干涉㊂在测量之后,四部分的测量数据将被拼合成一个完整的叶片测量数据集㊂SPRINT系统可以用于加工过程中工序间的检测,以确保产品的加工过程正确㊂同时,还可以作为加工完成后的质量检测使用㊂加工过程中以及加工后的型面误差检测是确保叶片加工质量符合公差要求的必要手段㊂随着测量技术的不断发展,逐渐出现快速㊁简易㊁高效的叶片测量与数据处理技术㊂同时,随着智能加工技术的发展,在机快速检测技术将推动叶片加工质量与成品率的提升㊂在这一发展过程中,需要重视和建立叶片在机测量和加工质量的评估标准,从而为这类技术的推广使用奠定基础㊂71。

航空发动机叶片间隙测量方法综述郭伟周权(一航计测重点实验室北京100095.摘要:飞机发动机叶片叶尖间隙是发动机非常重要的一个参数。

文章介绍了叶片叶尖间隙测量的各种方法,包括探针法、电容法、电涡流法、光学法等。

光学法又可细分为光导(激光近程探针测量法、光强度调制法和激光多普勒测速法;对这些方法的原理、特点以及一些试验应用作了介绍。

关键词:发动机叶片叶尖间隙测量,探针法,电容法,电涡流法,光导(激光近程探针测量法,光强度调制法,激光多普勒测速法1引言随着现代飞机对高机动性飞行要求的不断提高,对航空发动机的要求也相应地提高。

提高航空发动机的性能的一个重要方面是提高发动机的效率;而提高发动机的效率很大方面要取决于发动机转子叶尖与机匣之间的径向间隙要尽可能小,以减少工作介质泄露而造成的损失。

据有关文献报道:叶尖间隙每增加叶片长度的1%,效率约降低1.5%,而效率每降低 l%,耗油率约增加2%111。

2国内外研究现状…9l航空发动机径向间隙测量,特别是高压涡轮间隙测量,一直以来属于世界性的测试难题。

近半个世纪,英、美、俄一些先进的航空发动机公司和研究机构为了达到测试、控制问隙的目的,想尽了各种办法,投入了大量的人力物力,不断开发完善间隙测试技术和测试手段。

随着光纤传感技术的发展,现在又出现了光纤法的测量技术。

我国开展航空发动机转子叶尖间隙测试应用研究起步较晚。

对于实测设备的开发应用大多还处于研制阶段。

由于有国外可借鉴的技术和经验,以及已商品化的可利用的测试手段,因此研制开发的投入比较小。

2.1探针法11I[al探针法采用的是叶尖放电方式,即依靠电机使外加直流电压的探针沿径向移动,当探针移向叶尖至发生放电为止,探针的行程与初始安装间隙(静态时探针到机匣内表面的距离之差即叶尖间隙。

英国RCMS4的间隙测量系统属探针类,它主要由探针、执行机构及控制器组成。

其间隙测量系统在探针上旌加高压,在执行机构的驱动下,以连续的步进逐渐伸向被测物体,当探针距被测物体只有微米量级时,发生电弧放电,控制器感受到放电后,在探针与叶尖物理接触之前,停止探针步进,并将其缩回到安全位置,同时显示叶尖间隙测量结果。