涡轮叶片冷却风道异物堵塞的红外无损检测

摘要

航空发动机涡轮叶片是给发动机提供高推动力的主要部位，叶片的工作环境也极其恶劣，高温、高压、高速的载荷使得叶片非常容易受损，尤其是叶片的冷却风道发生堵塞易对发动机散热造成损害引起飞机事故。对于风道堵塞一般采用X射线检测，但是每次检测都需要在风道中灌入铅粉，操作复杂，效率低下。
　　针对这种情况，本课题对热成像做了相关研究后，对涡轮叶片冷却风道的堵塞物检测提出采用红外无损检测方式。
　　本文根据叶片的内部结构，材料特性，实际工作的冷却机理建立堵塞区的传热模型，定量的给出了风道堵塞参数、实验控制参数、与红外热成像参数——温差之间变化的关系。推导出了缺陷区域和非缺陷区叶片表面的温度差和时间、换热系数、冷热水激励温差、堵塞大小之间的关系式。在分析比较多种实验热激励方式后，鉴于水具有比热容大，可以带来足够的热量，粘滞系数小，不会对叶片风道造成二次污染等特性，选择冷热水交替作为红外检测的热激励载体。基于冷热水热激励方式对上述模型进行仿真，采用梯度搜索优化算法，在风道堵塞参数特定情况下为实现检测确定了实验控制参数的最佳取值区域，给实验参数的选取提供了理论依据。
　　根据仿真结果提供的控制参数对叶片的堵塞情况进行红外无损检测，实验证明了在优化的时间参数范围内能从叶片表面观测到最大温差，并和工业上常用的DR检测方法结果对比，从而证明提出的温度场模型是合理的，以及对于参数的优化是有效的。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2无损检测在叶片检测中的应用

1.3红外无损检测技术

1.4本文主要内容

第二章 涡轮叶片红外热波检测原理与检测系统

2.1热波基础理论

2.2红外检测原理

2.3涡轮叶片典型结构

2.4红外热波检测系统设计

第三章 涡轮叶片冷却风道堵塞模型

3.1涡轮叶片风道冷却

3.2典型的风道堵塞及其传热分析

3.3冷却风道中的传热模型

第四章 基于风道堵塞模型的红外热波检测参数优化

4.1引言

4.2梯度下降优化算法

4.3检测参数优化

4.4结论

第五章 实验结果及分析

5.1 实验装置

5.2 涡轮叶片风道堵塞实验

第六章 全文总结与展望

6.1全文总结

6.2今后工作展望

参考文献

致谢