本發(fā)明涉及高溫環(huán)境下的光學(xué)探頭保護(hù)裝置，具體涉及一種帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、在航空、能源和工業(yè)領(lǐng)域，燃?xì)廨啓C(jī)作為核心動(dòng)力設(shè)備，其性能和可靠性對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。燃?xì)廨啓C(jī)渦輪作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其葉片在高溫、高壓、高速的工作環(huán)境中承受著極大的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，容易發(fā)生形變和磨損，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的整體性能和安全性。因此，對(duì)渦輪葉片的形變進(jìn)行精確測(cè)量，對(duì)于評(píng)估其健康狀況、預(yù)防故障和優(yōu)化性能具有重要意義。

2、為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)燃?xì)廨啓C(jī)渦輪葉片的形變情況，現(xiàn)代航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)中通常采用光學(xué)測(cè)量技術(shù)。光學(xué)測(cè)量技術(shù)具有高精度、非接觸、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片形變的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。然而，光學(xué)測(cè)量探頭在高溫燃?xì)廨啓C(jī)渦輪流場(chǎng)中工作時(shí)，面臨著極端高溫和高速氣流的沖擊，其穩(wěn)定性和可靠性面臨著巨大挑戰(zhàn)，高溫環(huán)境會(huì)導(dǎo)致光學(xué)探頭性能下降，甚至損壞，嚴(yán)重影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，這對(duì)探頭的熱防護(hù)提出了極高的要求。

3、為了解決這一問(wèn)題，研究者們提出了多種冷卻方法來(lái)保護(hù)光學(xué)探頭，其中，液冷技術(shù)因其高效的熱傳導(dǎo)性能而被廣泛研究和應(yīng)用，pcn241333提供了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)部布置有水冷通道，通道內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)的冷卻水將熱量迅速帶走，維持光學(xué)組件在合適的溫度環(huán)境下，從而保證發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭能在高溫環(huán)境下穩(wěn)定工作、測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠。雖然這種方案在一定程度上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)組件的熱防護(hù)，但在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多局限：

4、(1)系統(tǒng)復(fù)雜性：液冷系統(tǒng)需要復(fù)雜的管道和泵送系統(tǒng)來(lái)循環(huán)冷卻液，這增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護(hù)難度。

5、(2)重量和空間限制：液冷系統(tǒng)的管道和泵送設(shè)備增加了整體系統(tǒng)的重量和體積，也限制了探頭的靈活性和適用范圍，這對(duì)于空間受限的航空發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。

6、(3)泄漏風(fēng)險(xiǎn)：液冷系統(tǒng)中的密封件和連接件在高溫環(huán)境下容易老化和損壞，影響測(cè)量精度和探頭的可靠性，并可能導(dǎo)致冷卻液泄漏的風(fēng)險(xiǎn)增加。

7、(4)環(huán)境適應(yīng)性：液冷系統(tǒng)對(duì)冷卻液的選擇有嚴(yán)格要求，不同的工作環(huán)境可能需要不同的冷卻液，這限制了系統(tǒng)的適應(yīng)性。

8、(5)成本問(wèn)題：液冷系統(tǒng)的初始投資和運(yùn)行成本較高，尤其是在需要使用特殊冷卻液或頻繁維護(hù)的情況下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，以達(dá)到既能實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)組件的有效熱防護(hù)，又能簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程，提高系統(tǒng)的可靠性和靈活性的目的。

2、本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：一種帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括：法蘭盤(pán)；外殼和內(nèi)殼，均固定設(shè)置在法蘭盤(pán)的一側(cè)，且外殼和內(nèi)殼間隔設(shè)置并形成用于冷氣輸入的夾層空間，外殼上設(shè)置有多個(gè)間隔分布的氣膜孔；引氣管路，設(shè)置在法蘭盤(pán)的另一側(cè)，引氣管路與夾層空間連通。

3、進(jìn)一步地，內(nèi)殼內(nèi)部安裝有光學(xué)鏡頭模組，外殼和內(nèi)殼遠(yuǎn)離法蘭盤(pán)的一端安裝有光學(xué)視窗。

4、進(jìn)一步地，夾層空間包括前冷氣流道，前冷氣流道的進(jìn)氣端與引氣管路連接，前冷氣流道的出氣端位于光學(xué)視窗的下方。

5、進(jìn)一步地，夾層空間還包括后冷氣流道，后冷氣流道的進(jìn)氣端與引氣管路連接，后冷氣流道與的出氣端位于光學(xué)視窗的上方。

6、進(jìn)一步地，夾層空間還包括第一冷卻流道，對(duì)稱設(shè)置在前冷氣流道的兩側(cè)。

7、進(jìn)一步地，夾層空間還包括第二冷卻流道，對(duì)稱設(shè)置在后冷氣流道的兩側(cè)。

8、進(jìn)一步地，前冷氣流道與第一冷卻流道之間、第二冷卻流道與第二冷卻流道之間、后冷氣流道與第二冷卻流道之間均設(shè)置有隔板。

9、進(jìn)一步地，內(nèi)殼的外壁設(shè)置有楔形導(dǎo)流結(jié)構(gòu)。

10、進(jìn)一步地，引氣管路為多個(gè)，沿外殼的周向間隔均布。

11、進(jìn)一步地，外殼和內(nèi)殼形成殼體組件，殼體組件包括依次連接的大徑段、過(guò)渡段和小徑段，大徑段與法蘭盤(pán)連接。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的上述至少一個(gè)技術(shù)方案能夠達(dá)到的有益效果至少包括：

13、1、良好的熱防護(hù)效果：通過(guò)引入壓氣機(jī)中的冷氣，并在外殼上設(shè)置多個(gè)氣膜孔，形成一層保護(hù)氣膜，將探頭與高溫燃?xì)飧艚^開(kāi)，從而有效地降低了探頭的溫度。計(jì)算表明，在相同的高溫燃?xì)廨啓C(jī)渦輪流場(chǎng)環(huán)境下，采用本發(fā)明的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的探頭溫度比未采用熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的探頭溫度降低了約40％以上。

14、2、簡(jiǎn)化測(cè)量過(guò)程：本發(fā)明的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)無(wú)需從外部引入冷卻液體，只需從壓氣機(jī)引氣即可，大大簡(jiǎn)化了測(cè)量過(guò)程。這不僅降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護(hù)成本，還提高了測(cè)量的可靠性和精度。

15、3、提高探頭可靠性：由于無(wú)需復(fù)雜的液冷系統(tǒng)，探頭的安裝和拆卸更加便捷，適用范圍更廣。同時(shí)，保護(hù)氣膜的形成還可以有效地減少探頭表面與高溫燃?xì)庵g的摩擦和磨損，延長(zhǎng)探頭的使用壽命。

16、4、靈活性強(qiáng)：本發(fā)明的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。例如，可以通過(guò)改變氣膜孔的大小和數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié)保護(hù)氣膜的厚度和溫度；可以通過(guò)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度來(lái)改變冷氣腔內(nèi)的冷氣流量等。這使得本發(fā)明的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的靈活性和適應(yīng)性。

17、5、適用于長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)：由于本發(fā)明的熱防護(hù)結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性，因此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。這對(duì)于評(píng)估發(fā)動(dòng)機(jī)的性能、預(yù)測(cè)其壽命以及及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.一種帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，內(nèi)殼(6)內(nèi)部安裝有光學(xué)鏡頭模組(8)，外殼(1)和內(nèi)殼(6)遠(yuǎn)離法蘭盤(pán)(4)的一端安裝有光學(xué)視窗(2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述夾層空間包括前冷氣流道(10)，前冷氣流道(10)的進(jìn)氣端與引氣管路(5)連接，前冷氣流道(10)的出氣端位于光學(xué)視窗(2)的下方。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述夾層空間還包括后冷氣流道(11)，后冷氣流道(11)的進(jìn)氣端與引氣管路(5)連接，后冷氣流道(11)與的出氣端位于光學(xué)視窗(2)的上方。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述夾層空間還包括第一冷卻流道(12)，對(duì)稱設(shè)置在前冷氣流道(10)的兩側(cè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述夾層空間還包括第二冷卻流道(13)，對(duì)稱設(shè)置在后冷氣流道(11)的兩側(cè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，前冷氣流道(10)與第一冷卻流道(12)之間、第二冷卻流道(13)與第二冷卻流道(13)之間、后冷氣流道(11)與第二冷卻流道(13)之間均設(shè)置有隔板(9)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，內(nèi)殼(6)的外壁設(shè)置有楔形導(dǎo)流結(jié)構(gòu)(7)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，引氣管路(5)為多個(gè)，沿外殼(1)的周向間隔均布。

10.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，其特征在于，外殼(1)和內(nèi)殼(6)形成殼體組件，所述殼體組件包括依次連接的大徑段、過(guò)渡段和小徑段，所述大徑段與法蘭盤(pán)(4)連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種帶有氣膜孔的航空發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量探頭熱防護(hù)結(jié)構(gòu)，包括：法蘭盤(pán)；外殼和內(nèi)殼，均固定設(shè)置在法蘭盤(pán)的一側(cè)，且外殼和內(nèi)殼間隔設(shè)置并形成用于冷氣輸入的夾層空間，外殼上設(shè)置有多個(gè)間隔分布的氣膜孔；引氣管路，設(shè)置在法蘭盤(pán)的另一側(cè)，引氣管路與夾層空間連通。通過(guò)引入壓氣機(jī)中的冷氣，并在外殼上設(shè)置多個(gè)氣膜孔，形成一層保護(hù)氣膜，將探頭與高溫燃?xì)飧艚^開(kāi)，從而有效地降低了探頭的溫度。

技術(shù)研發(fā)人員：鄭會(huì)龍,王琰,張中亞,倪韻竹,馬曉珊,張譚,楊肖芳,李杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/28