叶尖间隙对微涡轮叶栅内流影响机理与叶尖逆向涡控研究
(1)将新型非接触式压敏涂料测压技术应用在毫米尺度流场领域,自主研制该测压系统的部分子系统,包括设计基于LED阵列的激发光源系统、加装显微放大系统、喷涂及热处理设备;设计了压敏涂料测压技术的标定系统并完成典型压敏涂料的标定实验;建立了一套完整的适用于毫米尺度流场领域的压敏涂料测压系统,应用该测压系统研究了毫米尺度微涡轮叶
叶片裂纹测量系统
叶尖间隙对微涡轮叶栅内流影响机理与叶尖逆向涡控研究
(1)将新型非接触式压敏涂料测压技术应用在毫米尺度流场领域,自主研制该测压系统的部分子系统,包括设计基于LED阵列的激发光源系统、加装显微放大系统、喷涂及热处理设备;设计了压敏涂料测压技术的标定系统并完成典型压敏涂料的标定实验;建立了一套完整的适用于毫米尺度流场领域的压敏涂料测压系统,应用该测压系统研究了毫米尺度微涡轮叶栅低雷诺数及叶尖间隙对吸力面压力的影响。该测量装置实现了对发动机叶尖间隙的非接触测量，且操作简单，测量精度高。
(2)以数值模拟和实验测量相结合的方法研究了毫米尺度微涡轮叶栅低雷诺数流动特征,揭示了微叶栅通道主要二次流的形成、发展及其相互作用;毫米尺度叶栅低雷诺数时通道涡中心总压损失明显高于常规尺度叶栅,通道涡沿程在栅距方向的影响范围明显增加;在10%轴向弦长之后毫米尺度微叶栅拟S3截面平均总压损失大于常规尺度叶栅,且60%轴向弦长之后平均总压损失急剧上升,远超常规尺度叶栅。(4)电容传感器长电缆引入的大空载电容,影响测量灵敏度和精度,设计了混频下变频电路,用于增大调频信号的相对频偏,以提高测量系统的灵敏度。
(3)研究了叶尖间隙对毫米尺度微涡轮叶栅流场的影响及其影响机理,发现叶尖间隙内叶片前部气流在吸力面出口已掺混均匀,而在叶片后部速度没有完全掺混,出口为混合速度层;随着叶尖间隙增大,叶尖泄漏流量成比例增加,叶片受到的周向载荷减小,M1=0.1时,叶尖间隙每增加1%,叶尖泄漏流量平均增加17.5%,周向载荷平均降低2%。研究结果表明,一定叶片厚度情况下,叶片转速、传感器敏感区、信号采样速率存在较低要求,这一结论可为叶尖间隙测量系统设计提供重要理论依据。压敏涂料测压技术对不同叶尖间隙吸力面的测量结果表明5%叶尖间隙吸力面压力分布与10%、15%叶尖间隙吸力面压力分布明显不同,在吸力面后部靠近叶顶处出现高压力区域,与其他间隙时泄漏形成的低压区现象相反。
叶尖间隙测量系统(BCMS)采用电容传感器，用于高速旋转叶片叶尖间隙参数的在线检测，也可用于其他高速位移或间隙在线测量。主要包括以下几个部分:(1)研究采用光纤光路结构的拍波(双频激光的合成波)信号传输技术,提出了基于大频差双频激光的叶尖间隙测量新方法。系统基于电容调幅解调原理，传感器安装于静止机匣上，感受叶片扫过时的电容变化并转换为电压输出，经采集模块及软件处理后还原实时间隙信息。
在测量系统的执行机构上，在横向上采用左右螺旋直线直线运动单元，纵向上采用双直线运动单元，如此，可依据实际情况和需要，选用单个或双个CCD摄像机进行测量。
基于交流放电的叶尖间隙测量系统，包括交流数控可调激励、放电探针、电流测量转换模块和数据处理模块，放电探针的一端与机匣的内壁相平齐，另一端露在机匣的外部，且放电探针插入机匣的部分包裹绝缘层；交流数控可调激励的高压端连接放电探针，阴极通过电流测量转换模块连接转子叶片的中心，电流测量转换模块经由数据处理模块连接交流数控可调激励的控制端，用以控制交流数控可调激励的输出电压大小和有无。测量方法是首先绘制放电起始电压与叶尖间隙的关系曲线，然后测量待测转子叶片的放电起始电压，根据关系曲线找到对应的叶尖间隙数值，即为待测转子叶片的叶尖间隙。航空发动机叶尖间隙成因的理论研究及数据分析系统的开发在目前航空发动机设计与试验中,保持良好的叶尖间隙成为提高发动机性能的重要手段之一。其实用性强，安装使用方便，操作简单，调压时间短且效率。
正则比例实模态叶片阻尼识别方法
借助具有黏性阻尼的n自由度系统振动微分方程，推导了正则比例实模态叶片阻尼识别方法，并分析了该方法的识别误差。随后，借助西门子LMS Test.Lab测试软件，通过建模、通道设置、锤击示波、锤击设置、测试、数据验证及模态识别等步骤，获得了某静止叶片的阶模态振型。采用驱动电缆法等措施,以减小寄生电容,提高抗干扰能力,并通过对AD7746内部可编程寄存器的补偿设置实现宽范围、测量。并借助高斯拟合得到了测试叶片的频率-阻尼比特性曲线，且具有较好的拟合效果。后，分析了入口气体扰流激振法、压电陶瓷激励法、电磁激励法及声波激励法等几种旋转叶片激振方案的优劣，并基于真实机组叶尖间隙测量与主动控制实验台制定了相应的叶片阻尼识别实验方案。
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