一种发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法与流程

1.本技术涉及航空发动机强度试验与测试的领域，尤其是涉及一种发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法。


背景技术：

2.航空发动机涡轮转子叶片作为关键的做功元件，工作环境恶劣，机械载荷、热载荷、气动载荷等多载荷激励下极易出现由于疲劳导致的裂纹、掉块甚至断裂故障，因此，基于涡轮转子叶片的结构/强度的设计验证、振动特征获取及排故与结构改进等需求，需要在发动机试车过程中进行涡轮转子叶片的高温动应力测试，从而在航空发动机工作环境下对涡轮转子叶片的强度、寿命进行考核。
3.目前，最为常用且成熟的高温动应力测试方法为接触式电阻应变测试方法，通过在涡轮转子叶片上安装电阻式高温应变计来获取叶片在工作状态下的振动参数。对于高温应变而言，电阻应变计的测量精度是整个测试系统焦点。应变计的测试精度与很多因素相关，如热输出电阻分散度、串联导线、绝缘电阻变化、接触电阻变化、应变计横向效应等，目前还未开展相关因素对高温应变测试精度的影响研究，无法对涡轮转子叶片等高温部件的高温应变测试精度进行补偿，提高现有的高温应变测量精度无法满足工程中精准测量的需求。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，解决了现有技术中高温应变检测环节中的应变传递特性与精度影响机理不明的问题，提高了高温应变测试精度。
5.本技术提供的一种发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法采用如下的技术方案：
6.一种发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，包括：
7.步骤1，接触式高温应变计选型；
8.步骤2，建立高温应变测量有限元模型；
9.步骤3，接触式高温应变计多参数标定；
10.步骤4，接触式高温应变计安装；
11.步骤5，建立高温应变数据补偿模型；
12.步骤6，高温应变测试；
13.步骤7，高温动应力综合精度补偿。
14.可选的，所述步骤1具体包括：根据航空发动机涡轮转子叶片材料、工作温度与安装空间进行确定，确定出接触式高温应变计的型号、电阻、灵敏度系数、受感部丝栅直径、材料参数，用于步骤2建立高温应变测量有限元模型和步骤5建立高温应变数据补偿模型，提供步骤6高温应变测试的传感器和步骤7高温动应力综合精度补偿的基础参数。
15.可选的，所述步骤2中，通过高温应变测量有限元模型分析机械应变在被测试件-胶层/涂层-应变传感器路径上的传递特性，研究接触式高温应变测量环节中固定方式、安装误差、敏感栅丝特性、敏感栅形状、被测材料特性影响因素对测量精度的影响规律，确定出步骤3接触式高温应变计多参数标定技术中所需进行标定的具体参数，为步骤5建立高温应变数据补偿模型提供数据支持。
16.可选的，所述步骤3包括：
17.3.1，高温应变计多参数标定装置设计；
18.3.2，高温应变传感器特性参数标定软件开发；
19.3.3，高温应变片特性参数标定。
20.可选的，所述步骤3.1包括：加载系统、测量系统和温控系统组成；
21.标定装置的工作温度不低于1200℃、控温精度
±
1℃，热均带温差
±
2℃，位移传感器的测量精度1μm，温控装置通过k型热电偶测温、电阻丝加热的方式控制高温炉，加载装置以砝码作为标准载荷，通过加载机构控制形变量大小，测量装置同时采集待标定的高温应变片信号、热电偶信号、挠度计位移信号，位移信号根据标定梁尺寸计算得到标准应变值，实现高温应变片灵敏度系数、热输出、零漂、蠕变和极限应变多项参数标定。
22.可选的，所述步骤3.2包括标定控制模块、参数标定模块和数据测量模块组成；
23.标定控制模块设定温度、载荷程序，在标定实验中将温度、载荷、应力、应变数据发送至参数标定模块，数据测量模块采集传感器数据并进行数据处理，发送至参数标定模块。
24.可选的，所述步骤3.3包括，根据步骤1接触式高温应变计选型所得到的高温应变计与试验件的材料、温度参数和步骤2建立高温应变测量有限元模型中确定出的高温应变测试影响因素开展高温应变计特性参数标定方法研究，制定标定装置升温速率、保温时间、应力/位移加载数值、加载速率以及保载时间程序，形成高温应变片特性参数标定规程，获取标定特性参数数据。
25.可选的，所述步骤5包括，通过步骤3接触式高温应变计多参数标定获取应变片特性参数对高温应变测量的影响规律进行设计，确定出高温应变测量整体误差修正模型；
[0026][0027]
其中ε'为修正前的测试应变数据，ε为修正后的应变数据，ε
热输出
为热输出修正表达式，ε
零漂
为零漂修正表达式，δε
蠕变
为蠕变修正表达式，k
仪
为应变仪设定的灵敏度系数。
[0028]
可选的，所述步骤6包括：主要包括测试系统准备、涡轮转子叶片高温动应力、涡轮转子叶片温度、转速、试验时间的采集与记录。
[0029]
可选的，所述步骤7包括：通过高温应变数据补偿模型对步骤6高温应变测试所获取的涡轮转子叶片高温动应力数据进行精度补偿，将试验过程中的温度、时间、应变片灵敏度系数带入高温应变测量整体误差修正模型，利用步骤3接触式高温应变计多参数标定所获取的各参数修正表达式，提取出涡轮转子叶片复杂高温应变信号中真实应变特征，实现高温应变信号的精准测量与精度补偿。
[0030]
综上所述，本技术包括以下有益技术效果：
[0031]
本技术通过设计高温应变片测量的有限元仿真模型与机械应变传递路径，在高温应变动态标定的基础上，开展高温应变测量精度影响因素分析，获取了接触式高温应变测
量环节中固定方式、安装误差、敏感栅丝特性、敏感栅形状、被测材料特性等影响因素对测量精度的影响规律；设计高温应变测量精度修正模型，对航空发动机涡轮转子叶片接触式高温动应力测试结果进行精度补偿，提高了高温应变测试精度，解决高温应变检测环节中的应变传递特性与精度影响机理不明等问题。
附图说明
[0032]
为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0033]
图1为本技术发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法流程图。
具体实施方式
[0034]
下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
[0035]
以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0036]
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
[0037]
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0038]
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
[0039]
本技术实施例提供一种发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法。
[0040]
如图1所示，一种发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，包括：
[0041]
步骤1，接触式高温应变计选型。
[0042]
步骤2，建立高温应变测量有限元模型。
[0043]
步骤3，接触式高温应变计多参数标定。
[0044]
步骤4，接触式高温应变计安装，触式高温应变计安装在涡轮转子叶片上，安装高
温应变计为步骤6高温应变测试和步骤7高温动应力综合精度补偿提供基础参数。
[0045]
步骤5，建立高温应变数据补偿模型。
[0046]
步骤6，高温应变测试。
[0047]
步骤7，高温动应力综合精度补偿。
[0048]
所述步骤1具体包括：根据航空发动机涡轮转子叶片材料、工作温度与安装空间进行确定，确定出接触式高温应变计的型号、电阻、灵敏度系数、受感部丝栅直径、材料等参数，用于步骤2建立高温应变测量有限元模型和步骤5建立高温应变数据补偿模型，提供步骤6高温应变测试的传感器和步骤7高温动应力综合精度补偿的基础参数。
[0049]
所述步骤2中，采用有限元模型设计出用于机械应变在被测试件-胶层/涂层-应变传感器路径上的传递特性，研究接触式高温应变测量环节中固定方式、安装误差、敏感栅丝特性、敏感栅形状、被测材料特性等影响因素对测量精度的影响规律，探明影响机理，确定出步骤3接触式高温应变计多参数标定技术中所需进行标定的具体参数，为步骤5建立高温应变数据补偿模型提供数据支持。
[0050]
所述步骤3包括：
[0051]
3.1，高温应变计多参数标定装置设计；具体3.1包括：加载系统、测量系统和温控系统组成；标定装置的工作温度不低于1200℃、控温精度
±
1℃，热均带温差
±
2℃，位移传感器的测量精度1μm，温控装置通过k型热电偶测温、电阻丝加热的方式控制高温炉，在炉内形成均匀、稳定、可控的温度环境，加载装置以砝码作为标准载荷，通过加载机构控制形变量大小，在标定梁上产生均匀、稳定、可控的应力应变场，测量装置同时采集待标定的高温应变片信号、热电偶信号、挠度计位移信号，位移信号根据标定梁尺寸计算得到标准应变值，实现高温应变片灵敏度系数、热输出、零漂、蠕变和极限应变多项参数标定。
[0052]
3.2，高温应变传感器特性参数标定软件开发；包括标定控制模块、参数标定模块和数据测量模块组成；标定控制模块设定温度、载荷程序，在标定实验中将温度、载荷、应力、应变数据发送至参数标定模块，数据测量模块采集传感器数据并进行数据处理，发送至参数标定模块。标定控制模块、参数标定模块、数据测量模块三者协同作用，完成参数标定。
[0053]
3.3，高温应变片特性参数标定。包括，根据步骤1接触式高温应变计选型所得到的高温应变计与试验件的材料、温度等参数和步骤2建立高温应变测量有限元模型中确定出的高温应变测试影响因素开展高温应变计特性参数标定方法研究，制定标定装置升温速率、保温时间、应力/位移加载数值、加载速率以及保载时间等程序，形成高温应变片特性参数标定规程，获取标定特性参数数据。包括但不限于灵敏度系数、灵敏度系数随温度变化、热输出、零漂、蠕变、热滞后、机械滞后、横向效应系数、高温绝缘电阻。
[0054]
所述步骤4接触式高温应变计安装，为高温陶瓷水泥胶安装工艺，其工艺步骤主要包括试验件清洗
→
试验件保护
→
试验件表面粗化
→
试验件清理
→
划线
→
基底制备
→
高温应变计安装
→
高温应变计安装胶固化
→
高温应变计引脚转接
→
保护胶安装
→
检查与编号。其他安装工艺可参考本工艺。
[0055]
所述步骤5包括，通过步骤3接触式高温应变计多参数标定获取应变片特性参数对高温应变测量的影响规律进行设计，确定出高温应变测量整体误差修正模型；
[0056]
在测量值中减掉热输出、零漂、蠕变值，然后对灵敏度系数以及横向效应进行修正，得到修正后的测量值
[0057]
其中ε'为修正前的测试应变数据，ε为修正后的应变数据，ε
热输出
为热输出修正表达式，ε
零漂
为零漂修正表达式，δε
蠕变
为蠕变修正表达式，k
仪
为应变仪设定的灵敏度系数。
[0058]
所述步骤6包括：在步骤4接触式高温应变计安装后进行，为步骤7高温动应力综合精度补偿提供数据支持，主要包括测试系统准备、涡轮转子叶片高温动应力、涡轮转子叶片温度、转速、试验时间的采集与记录。
[0059]
所述步骤7包括：通过高温应变数据补偿模型对步骤6高温应变测试所获取的涡轮转子叶片高温动应力数据进行精度补偿，将试验过程中的温度、时间、应变片灵敏度系数带入高温应变测量整体误差修正模型，利用步骤3接触式高温应变计多参数标定所获取的各参数修正表达式，提取出涡轮转子叶片复杂高温应变信号中真实应变特征，实现高温应变信号的精准测量与精度补偿。
[0060]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，包括：步骤1，接触式高温应变计选型；步骤2，建立高温应变测量有限元模型；步骤3，接触式高温应变计多参数标定；步骤4，接触式高温应变计安装；步骤5，建立高温应变数据补偿模型；步骤6，高温应变测试；步骤7，高温动应力综合精度补偿。2.根据权利要求1所述的发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：根据航空发动机涡轮转子叶片材料、工作温度与安装空间进行确定，确定出接触式高温应变计的型号、电阻、灵敏度系数、受感部丝栅直径、材料参数，用于步骤2建立高温应变测量有限元模型和步骤5建立高温应变数据补偿模型，提供步骤6高温应变测试的传感器和步骤7高温动应力综合精度补偿的基础参数。3.根据权利要求1所述的发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，所述步骤2中，通过高温应变测量有限元模型分析机械应变在被测试件-胶层/涂层-应变传感器路径上的传递特性，研究接触式高温应变测量环节中固定方式、安装误差、敏感栅丝特性、敏感栅形状、被测材料特性影响因素对测量精度的影响规律，确定出步骤3接触式高温应变计多参数标定技术中所需进行标定的具体参数，为步骤5建立高温应变数据补偿模型提供数据支持。4.根据权利要求1所述的发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，所述步骤3包括：3.1，高温应变计多参数标定装置设计；3.2，高温应变传感器特性参数标定软件开发；3.3，高温应变片特性参数标定。5.根据权利要求4所述的发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，所述步骤3.1包括：加载系统、测量系统和温控系统组成；标定装置的工作温度不低于1200℃、控温精度
±
1℃，热均带温差
±
2℃，位移传感器的测量精度1μm，温控装置通过k型热电偶测温、电阻丝加热的方式控制高温炉，加载装置以砝码作为标准载荷，通过加载机构控制形变量大小，测量装置同时采集待标定的高温应变片信号、热电偶信号、挠度计位移信号，位移信号根据标定梁尺寸计算得到标准应变值，实现高温应变片灵敏度系数、热输出、零漂、蠕变和极限应变多项参数标定。6.根据权利要求4所述的发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，所述步骤3.2包括标定控制模块、参数标定模块和数据测量模块组成；标定控制模块设定温度、载荷程序，在标定实验中将温度、载荷、应力、应变数据发送至参数标定模块，数据测量模块采集传感器数据并进行数据处理，发送至参数标定模块。7.根据权利要求4所述的发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，所述步骤3.3包括，根据步骤1接触式高温应变计选型所得到的高温应变计与试验件的材料、温度参数和步骤2建立高温应变测量有限元模型中确定出的高温应变测试影响因素开展高温应变计特性参数标定方法研究，制定标定装置升温速率、保温时间、应力/位
移加载数值、加载速率以及保载时间程序，形成高温应变片特性参数标定规程，获取标定特性参数数据。8.根据权利要求1所述的发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，所述步骤5包括，通过步骤3接触式高温应变计多参数标定获取应变片特性参数对高温应变测量的影响规律进行设计，确定出高温应变测量整体误差修正模型；其中ε'为修正前的测试应变数据，ε为修正后的应变数据，ε
热输出
为热输出修正表达式，ε
零漂
为零漂修正表达式，δε
蠕变
为蠕变修正表达式，k
仪
为应变仪设定的灵敏度系数。9.根据权利要求1所述的发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，所述步骤6包括：主要包括测试系统准备、涡轮转子叶片高温动应力、涡轮转子叶片温度、转速、试验时间的采集与记录。10.根据权利要求1所述的发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，其特征在于，所述步骤7包括：通过高温应变数据补偿模型对步骤6高温应变测试所获取的涡轮转子叶片高温动应力数据进行精度补偿，将试验过程中的温度、时间、应变片灵敏度系数带入高温应变测量整体误差修正模型，利用步骤3接触式高温应变计多参数标定所获取的各参数修正表达式，提取出涡轮转子叶片复杂高温应变信号中真实应变特征，实现高温应变信号的精准测量与精度补偿。

技术总结
本申请提供了一种发动机涡轮转子叶片高温动应力测试的精度补偿方法，属于航空发动机强度试验与测试技术领域，具体包括：接触式高温应变计选型；设计高温应变片测量的有限元仿真模型与机械应变传递路径，在高温应变动态标定的基础上，开展高温应变测量精度影响因素分析，获取了接触式高温应变测量环节中固定方式、安装误差、敏感栅丝特性、敏感栅形状、被测材料特性等影响因素对测量精度的影响规律；设计高温应变测量精度修正模型，对航空发动机涡轮转子叶片接触式高温动应力测试结果进行精度补偿。通过本申请的处理方案，提高了高温应变测试精度。变测试精度。变测试精度。


技术研发人员：滕光蓉 梁恩波 李盛翔 何伟 王艳丰 刘美茹 王金红 张文学 刘静 王强 何喜鹏
受保护的技术使用者：中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/5/31