CN109958483B - 一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法 - Google Patents

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CN109958483B CN201910200688.0A CN201910200688A CN109958483B CN 109958483 B CN109958483 B CN 109958483B CN 201910200688 A CN201910200688 A CN 201910200688A CN 109958483 B CN109958483 B CN 109958483B
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Abstract

本申请属于发动机转子性能测试领域，特别涉及一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法；测量系统包括：至少两个第一传感器，设置在机匣的内环面上，且布置在同一个待测转子叶片轴向位置的前缘和尾缘处；信号处理与采集模块，用于接收传感器数据并将数据转换为待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据；转速传感器，用于检测待测转子叶片的转速；扭转角处理模块，用于计算获得转子叶片扭转角。本申请的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法，以一阶扭转及其测量为基础，提出了切实可行的测量方法、模型及公式，其测点布置简单，计算相关的参数容易获取，易于在发动机上实施，在扭转角测量中具有指导性意义。

Description

一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法
技术领域
本申请属于发动机转子性能测试领域，特别涉及一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法。
背景技术
对于各种航空发动机和燃气轮机，叶片都是其主要构件之一，它不仅影响发动机的整体性能，也直接关系到发动机的可靠性、耐久性和寿命。转子叶片工作条件恶劣，故障发生率较高，根据国内外的发动机结构件故障统计，叶片故障约占发动机故障的39％。
发动机转子叶片工作环境恶劣，承受着较大的离心力载荷、复杂的气动载荷和热载荷。
叶片在这些载荷作用下会会产生扭转变形，使叶形偏离理想的气动设计型面。叶片的扭转将对叶片各截面的气动特性和动力学特性产生影响，进而影响发动机效率、性能等，甚至危害发动机运行安全。例如，扭转角过大，进而造成攻角变化过大，导致转子叶片的叶背气流分离、气动损失增加甚至发生失速现象。因此，研究叶片的扭转恢复特性十分重要。
目前，对于发动机运行状态叶片的扭转恢复特性的研究主要采用有限元法，利用数学近似值的方法对真实物理系统进行模拟，采用大型有限元软件例如ANSYS等进行仿真分析，研究叶片的扭转恢复特性。主要内容包括建立叶片有限元模型、确定叶片边界条件及施加载荷等。
然而，为了方便计算，模型及边界条件往往简化分析；叶片所受的气动载荷十分复杂，它沿叶高方向和叶宽方向的分布都是不均匀的，只能简化分析；温度分布不均匀或相互约束的材料线膨胀特性的不同都会引起热应力，在计算中常认为温差较小，热应力往往忽略不计。这些因素导致了仿真分析与真实叶片的扭转恢复特性存在较大差异。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法。
第一方面，本申请公开了一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统，所述转子叶片设置在机匣内，所述发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统包括：
第一传感器，所述第一传感器的数量为至少两个，设置在所述机匣的内环面上，且所述第一传感器至少布置在同一个待测转子叶片轴向位置的前缘和尾缘处；
信号处理与采集模块，所述信号处理与采集模块用于接收所述第一传感器采集的同一个待测转子叶片的前缘与尾缘的数据，并将所述数据转换为所述待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据；
转速传感器，所述转速传感器设置在发动机传动轴上，用于检测待测转子叶片的转速；
扭转角处理模块，所述扭转角处理模块用于根据所述待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据以及所述待测转子叶片的转速，获得转子叶片扭转角。
根据本申请的至少一个实施方式，所述第一传感器为电容传感器。
根据本申请的至少一个实施方式，所述第一传感器为光纤传感器。
根据本申请的至少一个实施方式，所述扭转角处理模块根据如下公式(7)计算得到转子叶片扭转角αi：
Figure BDA0001997338770000021
其中，l1为前缘测点所在的叶尖半径；l2为尾缘测点所在的叶尖半径；d为两个第一传感器之间的轴向距离；θ为两个第一传感器之间的周向夹角；βi为待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在转速r下的时间差角。
根据本申请的至少一个实施方式，当待测转子叶片未发生形变时，所述同一个待测转子叶片的前缘与尾缘同时扫过两个所述第一传感器，此时定义两个所述传感器位于第一周向位置，在所述第一周向位置时，两个第一传感器之间的周向夹角θ等于未发生形变时的待测转子叶片的叶尖安装角，此时，第i片叶片在转速r下的时间差角βi根据如下公式得到：
Figure BDA0001997338770000031
其中，Ti为叶片定位信号触发后第i片叶片叶尖前缘到达的采样时刻，Si为第i片叶片叶尖尾缘到达的采样时刻，i＝1Λn；m为采样频率。
根据本申请的至少一个实施方式，当待测转子叶片未发生形变时，所述同一个待测转子叶片的前缘与尾缘未同时扫过两个所述第一传感器，此时定义两个所述传感器位于第二周向位置，在所述第二周向位置时，两个第一传感器之间具有的实际周向夹角θ0不等于未发生形变时的待测转子叶片的叶尖安装角，则公式(7)中两个第一传感器之间的周向夹角θ通过如下公式(12)求得：
θ＝γi慢-θ0 (12)；
其中，γi慢为所述第二周向位置时，在发动机慢车状态，即待测转子叶片未发生扭转情况下，第i片叶片在对应的慢车转速下的时间差角；
进一步，公式(7)中的第i片叶片在转速r下的时间差角βi通过如下公式(10)求得：
βi＝γi-γi0＝γi-γi慢 (10)；
其中，γi0＝γi慢；γi为所述第二周向位置时，待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在对应转速r下的时间差角，通过如下公式(8)求得：
Figure BDA0001997338770000032
其中，γi慢采用相同的公式(8)求得；Ti为叶片定位信号触发后第i片叶片叶尖前缘到达的采样时刻，Si为第i片叶片叶尖尾缘到达的采样时刻，i＝1Λn；m为采样频率。
第二方面，本申请公开了一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量方法，包括如下步骤：
在所述机匣的内环面上布置至少两个第一传感器，且所述第一传感器至少布置在同一个待测转子叶片轴向位置的前缘和尾缘处；
通过信号处理与采集模块接收所述第一传感器采集的同一个待测转子叶片的前缘与尾缘的数据，并将所述数据转换为所述待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据；
在发动机传动轴上设置转速传感器，并通过所述转速传感器检测所述待测转子叶片的转速；
通过扭转角处理模块处理所述待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据以及所述待测转子叶片的转速，以获得转子叶片扭转角。
根据本申请的至少一个实施方式，所述扭转角处理模块根据如下公式(7)计算得到转子叶片扭转角αi：
Figure BDA0001997338770000041
其中，l1为前缘测点所在的叶尖半径；l2为尾缘测点所在的叶尖半径；d为两个第一传感器之间的轴向距离；θ为两个第一传感器之间的周向夹角；βi为待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在转速r下的时间差角。
根据本申请的至少一个实施方式，当待测转子叶片未发生形变时，所述同一个待测转子叶片的前缘与尾缘同时扫过两个所述第一传感器，此时定义两个所述传感器位于第一周向位置，在所述第一周向位置时，两个第一传感器之间的周向夹角θ等于未发生形变时的待测转子叶片的叶尖安装角，此时，第i片叶片在转速r下的时间差角βi根据如下公式得到：
Figure BDA0001997338770000042
其中，Ti为叶片定位信号触发后第i片叶片叶尖前缘到达的采样时刻，Si为第i片叶片叶尖尾缘到达的采样时刻，i＝1Λn；m为采样频率。
根据本申请的至少一个实施方式，当待测转子叶片未发生形变时，所述同一个待测转子叶片的前缘与尾缘未同时扫过两个所述第一传感器，此时定义两个所述传感器位于第二周向位置，在所述第二周向位置时，两个第一传感器之间具有的实际周向夹角θ0不等于未发生形变时的待测转子叶片的叶尖安装角，则公式(7)中两个第一传感器之间的周向夹角θ通过如下公式(12)求得：
θ＝γi慢-θ0 (12)；
其中，γi慢为所述第二周向位置时，在发动机慢车状态，即待测转子叶片未发生扭转情况下，第i片叶片在对应的慢车转速下的时间差角；
进一步，公式(7)中的第i片叶片在转速r下的时间差角βi通过如下公式(10)求得：
βi＝γi-γi0＝γi-γi慢 (10)；
其中，γi0＝γi慢；γi为所述第二周向位置时，待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在对应转速r下的时间差角，通过如下公式(8)求得：
Figure BDA0001997338770000051
其中，γi慢采用相同的公式(8)求得，Ti为叶片定位信号触发后第i片叶片叶尖前缘到达的采样时刻，Si为第i片叶片叶尖尾缘到达的采样时刻，i＝1Λn；m为采样频率。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法，以一阶扭转及其测量为基础进行详细说明，提出了切实可行的测量方法、模型及公式，其测点布置简单，计算相关的参数容易获取，易于在发动机上实施，在扭转角测量中具有指导性意义；另外，易于实现在线监测，具有工程实用性。
附图说明
图1是本申请发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法的测量流程简图；
图2是本申请发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法中叶片前缘与尾缘信号采样示意图；
图3是本申请发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法中待测转子叶片扭转简化图；
图4是图3中投影面M部分的示意图；
图5是多个测点(第一传感器)轴向截面布置示意图；
图6是多组测点(第一传感器)周向布置示意图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图6对本申请的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法做进一步详细说明。
本发明的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法，是针对发动机叶片在发动机运行过程中扭转变形的问题，以一阶扭转为基础提出的系统及方法，并在此基础上提出叶片局部扭转角、叶片多阶扭转和叶片扭转振动的测量方法。该系统及方法具有较好的通用性和工程性，可以应用于发动机运行过程中实时监测，可以解决仿真分析与真实叶片的扭转恢复特性存在较大差异的问题，为优化叶片设计提高发动机性能等提供有力保障。
进一步地，上述一阶叶片扭转角定义如下：
发动机待测转子叶片安装于轮盘上，在发动机运行时绕发动机轴线转动。未开车时叶片具有第一形态，当发动机运行于某一个状态时，叶片受到气动、离心力及热载荷发生变形，叶片变为第二形态。则未发生形变的叶片叶尖与发生形变的叶片叶尖的空间夹角为叶片叶尖扭转角，即转子叶片扭转角。
当待测转子叶片发生一阶扭转时，定义在待测转子叶片的进气侧叶片盆侧向背侧的扭转为叶片扭转的正方向，即正扭转；定义待测转子叶片进气侧叶片背侧向盆侧的扭转为叶片扭转的负方向，即负扭转。
综上，转子叶片扭转角度为未发生形变的叶片叶尖与发生形变的叶片叶尖的空间夹角，即为两个面的夹角。需要说明的是，当叶尖为狭长形平面且发生一阶扭转时，叶尖可以等效为前缘某点与尾缘某点的连线。未发生形变时，叶尖为前缘某点A与尾缘某点B的连线，当发动机运行叶片发生形变时，叶尖为前缘某点C与尾缘某点D的连线，其中A、C位于同一个发动机轴向截面，B、D也位于同一个发动机轴向截面，直线AB与CD的夹角即为叶片叶尖扭转角。因为发动机叶片以发动机轴线为中心旋转，B与D必然在某一时刻会重合，当B与D重合时，发生形变的前缘叶尖移至点F，点A、C、F在同一截面上。则∠ABF即为叶片叶尖扭转角，简称扭转角α。
还需要说明的是，上述点A和C位于同一个发动机轴向截面，但点A和C所在的圆周半径并不相同，同样点B和D位于同一个发动机轴向截面，但B和D所在的圆周半径也不相同，而点F由点C旋转而产生，因此点F和C所在的圆周半径相同。因发动机叶尖直径(或半径)远大于由于形变而产生的叶高变化量，因此圆周半径不同造成的影响很小，在此忽略不计，因此认为点A、C、F所在的圆周半径相同，点B、D所在的圆周半径相同。
本申请的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统的转子叶片设置在机匣内，进一步，参见如图1所示，转子叶片扭转角度测量系统还可以包括第一传感器、信号处理与采集模块、转速传感器以及扭转角处理模块。
第一传感器的数量为至少两个，设置在机匣的内环面上，且第一传感器至少布置在同一个待测转子叶片轴向位置的前缘和尾缘处。可以理解的是，与其他类似的例如叶片间隙测量方法类似，在布置第一传感器时，未不影响转子叶片正常转动，可以在机匣的内环面相应位置处开设凹槽，从而安装第一传感器；另外，第一传感器可以根据需要选择为多种适合的传感器，以使得后续信号处理与采集模块能够根据数据获得待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据即可，本实施例中，优选第一传感器可以选自电容传感器、光纤传感器等。
信号处理与采集模块可以为多种适合的处理器，目的是接收第一传感器采集的同一个待测转子叶片的前缘与尾缘的数据，并而将数据转换为待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据。同样地，在测量技术领域，通过传感器采集到相应的数据并根据数据得到相应部件测试位置的到达时刻数据，属于比较常规的技术，此处不再赘述。
转速传感器可以设置发动机传动轴系中相应的传动轴上，用于检测待测转子叶片的转速；需要说明的是，本实施例中，还可以设置信号处理与采集模块与转速传感器连接，使得转速传感器及信号处理与采集模块具备叶片定位功能，从而能够始终采集到上述同一个待测转子叶片的转速。
扭转角处理模块同样可以为多种适合的处理器，用于根据待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据以及待测转子叶片的转速，获得转子叶片扭转角。
综上所述，本申请的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统中，第一传感器用于测量待测转子叶片前缘与尾缘的叶尖到达时刻，信号处理模块与数据采集系统将上述信号进行处理与采集，对采集后叶尖前缘信号和叶尖尾缘信号进行到达时刻检测，进行扭转角计算，最后将计算结果输出。
进一步地，本申请还公开了一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量方法，可以包括如下步骤：
步骤S101、在机匣的内环面上布置至少两个第一传感器，且第一传感器至少布置在同一个待测转子叶片轴向位置的前缘和尾缘处；
步骤S102、通过信号处理与采集模块接收第一传感器采集的同一个待测转子叶片的前缘与尾缘的数据，并将数据转换为待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据；
步骤S103、在发动机传动轴系上设置转速传感器，并通过转速传感器检测待测转子叶片的转速；
步骤S104、通过扭转角处理模块处理待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据以及待测转子叶片的转速，以获得转子叶片扭转角。
进一步地，在本申请的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量方法的一个实施例中，在发动机机匣上布置两个测点(即两个第一传感器)的周向位置(即第一周向位置)满足叶片未发生形变时，同一片待测转子叶片的前缘和尾缘同时扫过这两测点。
基于上述第一周向位置布置，当发动机叶片未发生形变时，同一片待测转子叶片的前缘与尾缘同时到达；当发动机叶片发生形变时，同一片待测转子叶片的前缘与尾缘先后到达。在发动机运行过程中，通过测试系统检测到的信号如图2所示，在图2中可以看到同一片待测转子叶片先后到达。
参见图3所示，角ABF或角α即为叶片叶尖扭转角。B点在顺航向投影面M上的投影点为B′，BB′的长度为两测点的轴向距离d。
投影面M如图4所示；在投影面M上，l1为前缘测点所在的叶尖半径，l2为尾缘测点所在的叶尖半径，点O为圆心；角AOF或角β为叶尖到达时间差对应的角度，简称时间差角。
进一步，作如下定义：
1)A1测点为机匣上的叶尖前缘测点；
2)A2测点为机匣上的叶尖尾缘测点；
3)被测转子的叶片数n；
4)叶片定位信号触发后到达的第i片叶片叶尖前缘到达的采样时刻Ti，尾缘到达的采样时刻Si，i＝1Λn；Ti，Si为采样点序号(无量纲)；
5)采样频率m(Hz)；
6)转速r(r/min)；
7)A1测点所对应的叶尖半径l1(mm)；
8)A2测点所对应的叶尖半径l2(mm)；
9)A1、A2两测点的轴向距离d(mm)；
10)A1、A2两测点的周向夹角θ(°)。
以上参数包括发动机结构参数(1～3及7～10)，以及发动机试验参数(4～6)，其均为发动机常规参数。
进一步，在图4中，可以根据到达时间差求得时间差角；具体地，待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在该转速下的时间差角βi为：
Figure BDA0001997338770000091
若βi为正，则为正扭转，若βi为负，则为负扭转。
在三角形AOF中，余弦定理求得AF：
Figure BDA0001997338770000092
在三角形B′OF中，余弦定理求得的B′F、AB′：
Figure BDA0001997338770000101
Figure BDA0001997338770000102
进一步地，在图3中，在三角形BB′F中，勾股定理求得BF：
Figure BDA0001997338770000103
在三角形AB′B中，勾股定理求得AB：
Figure BDA0001997338770000104
在三角形ABF中，余弦定理求得扭转角αi：
Figure BDA0001997338770000105
其中，扭转方向同角βi。
进一步地，在本申请的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量方法的另一个实施例中，当待测转子叶片未发生形变时，同一个待测转子叶片的前缘与尾缘未同时扫过两个第一传感器，此时定义两个传感器位于第二周向位置；在第二周向位置时，两个第一传感器之间具有的实际周向夹角θ0不等于未发生形变时的待测转子叶片的叶尖安装角，同样可以进行扭转角的测量，测量方法如下：
用叶片前缘和尾缘到达时间差测得夹角γi：
Figure BDA0001997338770000106
γi为所述第二周向位置时，待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在相应的转速r下的时间差角，γi包含恒定时间差产生的角度γi0和扭转造成时间差产生的角度(时间差角)βi，即：
γi＝γi0+βi (9)；
另外，可以认为在低转速或者慢车的情况下，可以认为待测转子叶片未发生扭转，即γi0＝γi慢，因此时间差角βi可由下式计算：
βi＝γi-γi0＝γi-γi慢 (10)；
γi慢可在发动机慢车时，由(8)式求得，其中转速r对应于慢车时的转速；γi慢包含两测点的实际周向夹角θ0和上述周向夹角θ，即：
γi慢＝θ+θ0 (11)；
θ＝γi慢-θ0 (12)；
最后，将现(10)式βi和(12)式θ带入(7)式扭转角公式即可完成两个测点实际周向夹角为θ0时的扭转角的计算。
进一步地，基于申请的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法，还能够对叶尖局部扭转角、多阶叶片扭转及扭转振动进行测量。
有些时候研究人员更关心叶片叶尖某一部份的扭转，这时可以通过改变传感器的轴向位置来实现。即关注哪一部分的扭转，就将传感器布置于这一部分截面的端点处，这样就获得了叶片局部扭转角。
叶片扭转可能是一阶形式也可能是多阶形式，对于多阶扭转的准确测量需要布置更多的测点，甚至是“观测窗”，当然测量代价也随之大幅攀升。在多测点测量中，在发动机轴向截面B1至Bn布置共n(n＞2)个测点，如图5所示。任意两测点的扭转角均可以用本文扭转角公式进行计算，最后将所有扭转角数据进行数学分析就可以得到多阶扭转的测量结果。
叶片扭转表现了叶片的宏观状态，而叶片的微观状态除扭转外还存在扭转振动，扭转振动同样可以采用本方法进行测量。为了准确描述振动形式，需要在周向布置多组测点，如图6所示，在发动机周向布置C1至Cm共m组测点，在每一转内获得第i个叶片在每一组周向位置的扭转角αi1至αim，对其进行分析可得到第i个叶片在该转内的扭转振动形式。
对于工程而言，测量成本、测量难度及测量效果必须综合分析考虑，并非测点越多越好，单组两测点的一阶扭转测量在叶片扭转测量及扭转振动测量中具有指导性意义。
综上所述，本申请的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统及方法，以一阶扭转及其测量为基础进行详细说明，提出了切实可行的测量方法、模型及公式，其测点布置简单，计算相关的参数容易获取，易于在发动机上实施，在扭转角测量中具有指导性意义；另外，在一阶扭转测量的基础上提出叶片局部扭转角、叶片多阶扭转和叶片扭转振动的测量方法，由浅入深，由易入繁，工程人员可以根据测量成本、测量难度及测量效果综合考虑和评估提出测量方案，具有灵活性、适应性和通用性；进一步地，扭转角的推导公式简洁可靠，易于实现在线监测，具有工程实用性。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统，所述转子叶片设置在机匣内，其特征在于，所述发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统包括：
第一传感器，所述第一传感器的数量为至少两个，设置在所述机匣的内环面上，且所述第一传感器至少布置在同一个待测转子叶片轴向位置的前缘和尾缘处；
信号处理与采集模块，所述信号处理与采集模块用于接收所述第一传感器采集的同一个待测转子叶片的前缘与尾缘的数据，并将所述数据转换为所述待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据；
转速传感器，所述转速传感器设置在发动机传动轴上，用于检测待测转子叶片的转速；
扭转角处理模块，所述扭转角处理模块用于根据所述待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据以及所述待测转子叶片的转速，获得转子叶片扭转角；
所述扭转角处理模块根据如下公式(7)计算得到转子叶片扭转角αi：
Figure FDA0003038227090000011
其中，l1为前缘测点所在的叶尖半径；l2为尾缘测点所在的叶尖半径；d为两个第一传感器之间的轴向距离；θ为两个第一传感器之间的周向夹角；βi为待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在转速r下的时间差角。
2.根据权利要求1所述的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统，其特征在于，所述第一传感器为电容传感器。
3.根据权利要求1所述的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统，其特征在于，所述第一传感器为光纤传感器。
4.根据权利要求1所述的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统，其特征在于，当待测转子叶片未发生形变时，所述同一个待测转子叶片的前缘与尾缘同时扫过两个所述第一传感器，此时定义两个所述传感器位于第一周向位置，在所述第一周向位置时，两个第一传感器之间的周向夹角θ等于未发生形变时的待测转子叶片的叶尖安装角，此时，第i片叶片在转速r下的时间差角βi根据如下公式得到：
Figure FDA0003038227090000021
其中，Ti为叶片定位信号触发后第i片叶片叶尖前缘到达的采样时刻，Si为第i片叶片叶尖尾缘到达的采样时刻，i＝1…n；m为采样频率。
5.根据权利要求1所述的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量系统，其特征在于，当待测转子叶片未发生形变时，所述同一个待测转子叶片的前缘与尾缘未同时扫过两个所述第一传感器，此时定义两个所述传感器位于第二周向位置，在所述第二周向位置时，两个第一传感器之间具有的实际周向夹角θ0不等于未发生形变时的待测转子叶片的叶尖安装角，则公式(7)中两个第一传感器之间的周向夹角θ通过如下公式(12)求得：
θ＝γi慢-θ0 (12)；
其中，γi慢为所述第二周向位置时，在发动机慢车状态，即待测转子叶片未发生扭转情况下，第i片叶片在对应的慢车转速下的时间差角；
进一步，公式(7)中的第i片叶片在转速r下的时间差角βi通过如下公式(10)求得：
βi＝γi-γi0＝γi-γi慢 (10)；
其中，γi0＝γi慢；γi为所述第二周向位置时，待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在对应转速r下的时间差角，通过如下公式(8)求得：
Figure FDA0003038227090000022
其中，γi慢采用相同的公式(8)求得；Ti为叶片定位信号触发后第i片叶片叶尖前缘到达的采样时刻，Si为第i片叶片叶尖尾缘到达的采样时刻，i＝1…n；m为采样频率。
6.一种发动机运行状态转子叶片扭转角度测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
在机匣的内环面上布置至少两个第一传感器，且所述第一传感器至少布置在同一个待测转子叶片轴向位置的前缘和尾缘处；
通过信号处理与采集模块接收所述第一传感器采集的同一个待测转子叶片的前缘与尾缘的数据，并将所述数据转换为所述待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据；
在发动机传动轴上设置转速传感器，并通过所述转速传感器检测所述待测转子叶片的转速；
通过扭转角处理模块处理所述待测转子叶片的前缘与尾缘的叶尖到达时刻数据以及所述待测转子叶片的转速，以获得转子叶片扭转角；所述扭转角处理模块根据如下公式(7)计算得到转子叶片扭转角αi：
Figure FDA0003038227090000031
其中，l1为前缘测点所在的叶尖半径；l2为尾缘测点所在的叶尖半径；d为两个第一传感器之间的轴向距离；θ为两个第一传感器之间的周向夹角；βi为待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在转速r下的时间差角。
7.根据权利要求6所述的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量方法，其特征在于，当待测转子叶片未发生形变时，所述同一个待测转子叶片的前缘与尾缘同时扫过两个所述第一传感器，此时定义两个所述传感器位于第一周向位置，在所述第一周向位置时，两个第一传感器之间的周向夹角θ等于未发生形变时的待测转子叶片的叶尖安装角，此时，第i片叶片在转速r下的时间差角βi根据如下公式得到：
Figure FDA0003038227090000032
其中，Ti为叶片定位信号触发后第i片叶片叶尖前缘到达的采样时刻，Si为第i片叶片叶尖尾缘到达的采样时刻，i＝1…n；m为采样频率。
8.根据权利要求6所述的发动机运行状态转子叶片扭转角度测量方法，其特征在于，当待测转子叶片未发生形变时，所述同一个待测转子叶片的前缘与尾缘未同时扫过两个所述第一传感器，此时定义两个所述传感器位于第二周向位置，在所述第二周向位置时，两个第一传感器之间具有的实际周向夹角θ0不等于未发生形变时的待测转子叶片的叶尖安装角，则公式(7)中两个第一传感器之间的周向夹角θ通过如下公式(12)求得：
θ＝γi慢-θ0 (12)；
其中，γi慢为所述第二周向位置时，在发动机慢车状态，即待测转子叶片未发生扭转情况下，第i片叶片在对应的慢车转速下的时间差角；
进一步，公式(7)中的第i片叶片在转速r下的时间差角βi通过如下公式(10)求得：
βi＝γi-γi0＝γi-γi慢 (10)；
其中，γi0＝γi慢；γi为所述第二周向位置时，待测转子叶片发生扭转情况下的第i片叶片在对应转速r下的时间差角，通过如下公式(8)求得：
Figure FDA0003038227090000041
其中，γi慢采用相同的公式(8)求得，Ti为叶片定位信号触发后第i片叶片叶尖前缘到达的采样时刻，Si为第i片叶片叶尖尾缘到达的采样时刻，i＝1…n；m为采样频率。
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