冷效试验中涡轮叶片表面薄膜热电偶测温技术研究

作     者：田青云 曹丽莉 徐毅 刘松 王登奎 罗飞 周海涛 马可欣 王素杰 史继源 崔金婷 牟仁德 詹喻威 孙坤 谢孝昌 罗炳威 TIAN QingYun;CAO LiLi;XU Yi;LIU Song;WANG DengKui;LUO Fei;ZHOU HaiTao;MA KeXin;WANG SuJie;SHI JiYuan;CUI JinTing;MU RenDe;ZHAN YuWei;SUN Kun;XIE XiaoChang;LUO BingWei

作者机构：中国航发北京航空材料研究院北京100095 北京信息科技大学光电测试技术及仪器教育部重点实验室北京100192 中国航发四川燃气涡轮研究院绵阳621000 北京航空航天大学航空发动机研究院北京100191 中国航空发动机研究院北京101304 

出 版 物：《中国科学:技术科学》 (Scientia Sinica(Technologica))

年 卷 期：2025年第55卷第2期

页      面：309-321页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：中国航发自主创新基金(编号:JK65200309) 中国航发航材院创新基金(编号:KJSJ230312,KJSZ240312)资助项目 

主　　题：冷效试验 表面温度 多物理场耦合 薄膜热电偶 涡轮叶片 

摘      要：气冷涡轮叶片结构复杂,高温高速燃气与冷却气体的复合使得叶片的表面温度分布极不均匀.冷效试验是检验气冷涡轮叶片冷效设计优劣的主要方法,也为避免叶片超温提供基础的设计数据,冷效试验过程中涡轮叶片表面的真实温度测量成为关键.薄膜热电偶紧密贴附在被测物体表面,厚度仅为几微米,可以准确、快速地获取涡轮叶片的表面温度信息,是航空发动机高温测试领域急需的关键技术,然而我国至今尚未工程化应用.本文在前期单质型贵金属基薄膜热电偶研究基础上制备了Pt-Ir薄膜热电偶涡轮叶片试验件,标定结果表明薄膜热电偶具有优异的稳定性和测温精度.在高温高压流场环境下开展冷效试验,获得了冷效试验全流程温度数据,薄膜热电偶测温数据整体趋势与环境温度一致.薄膜热电偶测温数据表明,涡轮叶片的表面温度与极近空间内的温度存在明显差异,越靠近涡轮叶片表面温度越低.此外,靠近冷却气膜孔的位置温度较低,叶片尾缘位置温度较高,叶背中间位置的温度变化主要受高温高速燃气的温度影响,叶片尾缘位置的温度变化主要受高温高速燃气流量的影响.本文利用薄膜热电偶实现了冷效试验全过程涡轮叶片表面温度的准确获取,突破了地面试车台叶片冷效试验温度“测不准或“测不到的技术瓶颈,该项技术的工程应用将为涡轮叶片冷效正向设计优化、寿命预测、失效分析等提供关键数据支撑.