【摘要】：航空發(fā)動機渦輪葉片表面溫度及其分布的精準(zhǔn)測量對發(fā)動機的設(shè)計、試驗和維護(hù)等環(huán)節(jié)至關(guān)重要。晶體測溫方法具有尺寸小、精度高、可陣列式分布、無需引線等優(yōu)點,尤其適用于渦輪轉(zhuǎn)子葉片榫頭、緣板以及處于封閉或半封閉環(huán)境下高速旋轉(zhuǎn)部件等特殊位置的表面,可以提供精準(zhǔn)的航空發(fā)動機熱端部件表面溫度分布信息。本文以航空發(fā)動機渦輪葉片晶體測溫的判讀技術(shù)需求為背景,開展SiC晶體測溫技術(shù)的研究,主要研究內(nèi)容包括:SiC晶體晶格常數(shù)的XRD測試方法研究、晶體測溫技術(shù)數(shù)據(jù)處理方法研究及晶體測溫判讀軟件的編寫與可視化界面實現(xiàn),此外還進(jìn)行了AlN薄膜測溫技術(shù)探索研究。首先,開展了中子輻照后SiC晶體的退火標(biāo)定與XRD測試方法研究。采用高溫退火爐對中子輻照后的SiC晶體進(jìn)行退火熱處理。拉曼光譜結(jié)果表明,SiC晶體在500-1400℃高溫退火5min后,中子輻照導(dǎo)致出現(xiàn)的新峰、拖尾現(xiàn)象以及峰位紅移在1100℃逐漸消失,晶格內(nèi)部殘余缺陷濃度隨著退火溫度的升高而逐漸降低,晶格內(nèi)部逐漸恢復(fù)至未輻照時的長程有序結(jié)構(gòu)。采用高分辨X射線衍射儀對SiC晶體的晶格參數(shù)的測試方法進(jìn)行了研究,通過φ掃描找到了切割SiC晶體的衍射位置,2θ掃描結(jié)果發(fā)現(xiàn),樣品的2θ衍射角隨退火溫度升高以近似線性的趨勢增大,半高寬(FWHM)隨退火溫度升高以近似線性的趨勢降低。其次,開展了SiC晶體測溫技術(shù)數(shù)據(jù)處理方法研究。對SiC晶體XRD衍射圖譜進(jìn)行分析得到在500-1400℃分別標(biāo)定5min、10min和15min樣品的晶格參數(shù)2θ與半高寬,建立2θ和半高寬與退火溫度和時間的數(shù)據(jù)庫,并且通過經(jīng)驗公式繪制標(biāo)定曲線。采用迭代算法對實際工作的SiC晶體的歸一化時間歷程曲線進(jìn)行等效時間計算,獲得不同歸一化時間歷程曲線的等效時間,根據(jù)等效時間和樣品的XRD測試獲得的2θ和半高寬參數(shù),對照標(biāo)定曲線判讀SiC晶體所經(jīng)歷的最高溫度。第三,采用MATLAB編寫了SiC晶體測溫可視化判讀軟件,軟件可對歸一化時間歷程曲線進(jìn)行等效時間計算,輸入晶格參數(shù)2θ與半高寬值,可輸出兩個判讀溫度進(jìn)行對比,并可將其優(yōu)化為一個更加精確的溫度判讀結(jié)果,利用GUI實現(xiàn)了以數(shù)據(jù)處理與溫度判讀的整合,操作簡便快捷,并且將GUI文件轉(zhuǎn)換成EXE可執(zhí)行文件作為單獨軟件運行。晶體測溫判讀軟件的測溫范圍為500-1400℃,測溫誤差僅為0.447%。最后,開展了AlN薄膜測溫技術(shù)的探索研究。采用反應(yīng)濺射方法制備(002)取向AlN薄膜,并優(yōu)化工藝參數(shù)選取弱取向AlN薄膜作為實驗樣品。在400-1000℃范圍內(nèi)退火60 min,SEM表征結(jié)果表明(002)弱取向AlN薄膜退火后出現(xiàn)晶粒長大現(xiàn)象,XRD測試結(jié)果表明半高寬與2θ值隨退火溫度的升高分別呈現(xiàn)單調(diào)減小和增大的趨勢,證明了(002)弱取向AlN薄膜用于晶體測溫技術(shù)的應(yīng)用潛力。
【圖文】：

第一章 緒 論景及意義為航空飛行器的核心組件，，其發(fā)展和進(jìn)步程工業(yè)制造能力[1,2]。新型高效發(fā)動機的研制和任務(wù)，因發(fā)動機的效率隨工作溫度的升高而料，由于材料的強度隨著溫度的升高而降低在高溫環(huán)境下的正常使用以保證發(fā)動機的正通常要低于某一特定材料的最高溫度 100℃以及研究精確的測溫技術(shù)顯得尤為重要，但動機元件在被測試過程中保持完整，不會因影響被測材料的熱性能又能夠準(zhǔn)確測溫，使有挑戰(zhàn)性的難題。

圖 1-2 測溫晶體校準(zhǔn)圖的示意圖[19]08 年 S. Shukin 等人在 ASME 渦輪博覽會議提到 Sieme將測溫晶體安裝在發(fā)動機葉片等熱區(qū)，測量金屬表面和分析表明，渦輪冷卻空氣可以以降低總空氣消耗的方式個更均勻的表面溫度分布的熱截面組件，從而減少熱，加上從壓縮機增加 1.5%的氣流，然后被用來增加功率測溫技術(shù)對流動路徑組分的熱態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)的映射，件壽命模型，以探討再分配和減少總冷卻空氣消耗的多個測試點的數(shù)據(jù)，對渦輪的三維 Navier-Stokes 氣動葉片進(jìn)行了三維熱狀態(tài)模型的標(biāo)定，最后將所得結(jié)果限元力學(xué)完整性分析[20,21]。2011 年 I. V. Bachuchin 等人理，并給出了應(yīng)用實例。該裝置的工作是基于輻照下器中的膨脹，并根據(jù)加熱的持續(xù)時間和溫度降低這種技術(shù)特點為測量溫度范圍 150-1400℃；最高溫度下時
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V232.4

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本文編號：2690785