CN110118108B - 发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法 - Google Patents

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CN110118108B CN201910391387.0A CN201910391387A CN110118108B CN 110118108 B CN110118108 B CN 110118108B CN 201910391387 A CN201910391387 A CN 201910391387A CN 110118108 B CN110118108 B CN 110118108B
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Abstract

本发明涉及燃机技术领域，特别是涉及发动机叶片叶型实时监测叶片叶型在热冷转换中的失真度的方法。一种发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其主要包括安装激光叶尖定时传感器步骤、叶片在固定转速下，使用激光叶尖定时传感器进行失真度测量步骤以及计算叶型步骤，通过该得到一个叶片的叶顶几何参数形成一个周期，以此类推的多个周期，得到多个叶片的叶顶几何参数，由此实时监测发动机每个转子叶片的叶顶叶型几何，实现对叶片叶型设计在热冷转换中的保真度的实时监测。

Description

发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法
技术领域
本发明涉及燃机技术领域，特别是涉及发动机叶片叶型实时监测叶片叶型在热冷转换中的失真度的方法。
背景技术
转子叶片是叶轮机械实现热功转换不可或缺的部件。在航空发动机和燃气轮机中，转子叶片以上千甚至上万的转速旋转，叶顶线速度高达500米/秒，承受很大的离心力，同时也承受很高的气动载荷。在强大的离心力和气动载荷作用下，叶片会产生显著变形。在叶轮机械叶片设计中，设计的叶片对应于设计转速下叶片在离心力和气动载荷下的叶片，称之为热态叶型；加工制造时叶片没有离心力和气动载荷，其叶型称之为冷态叶型。叶片设计过程中，需要对热态叶片进行热冷转换，才能获得加工所需要的冷态叶片。这种热冷转换的保真度对叶轮机性能有决定性的影响。因此有必要对热冷转换进行验证，确保叶片叶型设计在热冷转换中没有失真。
此外，叶片在非设计转速运行时，由于其所承受离心和气动力和设计转速不同，其实际叶型不同于设计转速。确定转子叶片非设计转速下叶型也是非常重要的。尽管静止状态下叶型的测量技术已经颇为成熟，由于转子叶片的高速旋转和其运行时的受限空间，其测量十分困难。到目前为止，还未有公开的测量转子叶片旋转状态叶型的技术。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足提供一种可测量叶片叶型设计在热冷转换中的保真度的、发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，
(1)安装激光叶尖定时传感器：叶片静止状态下，在叶片对应的机匣最高处安装沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离为：叶顶叶型弦长的10％；所述的激光叶尖定时传感器至少为三个，且其中必定包括一个设于50％处的激光叶尖定时传感器；并使激光叶尖定时传感器保持水平状态，用以保证激光叶尖定时传感器感应端与叶顶平行，并确定激光叶尖定时传感器感应端到叶片轮毂旋转中心的距离；
(2)叶片在固定转速下，使用激光叶尖定时传感器进行失真度测量：所述设置在50％处的激光叶尖定时传感器测量叶顶间隙，用以确定叶顶到叶片轮毂中心的距离即为叶顶处旋转半径；其余激光叶尖定时传感器分别测定：在激光光强值较大时，叶顶叶型弦长处沿周向扫过叶顶叶型压力面和吸力面所需的时间，即代表在此时间段内，有一叶片经过此激光叶尖定时传感器；
(3)根据步骤(2)的失真度测量结果计算叶型：由所述设置在50％弦长处的激光叶尖定时传感器测得叶顶间隙值，从而计算得到的叶顶处旋转半径，进而得到叶顶处旋转线速度；同时，由步骤(2)中所述其余激光叶尖定时传感器测定的时间，得到固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面的时间差值，结合已经计算出的叶顶处旋转线速度，计算得到对应弦长处叶片厚度，即得到叶片前后缘点坐标，最终，经样条插值成整个叶型。
进一步的，还包括测量前对激光传感器的校准步骤。
进一步的，由步骤(1)至步骤(3)得到一个叶片的叶顶几何参数形成一个周期，以此类推的多个周期，得到多个叶片的叶顶几何参数，由此实时监测发动机每个转子叶片的叶顶叶型几何，实现对叶片叶型设计在热冷转换中的保真度的实时监测。
进一步的，所述步骤(3)中由所述设置在50％弦长处的激光叶尖定时传感器测得叶顶间隙值，从而计算得到的叶顶处旋转半径，进而得到叶顶处旋转线速度，具体的是：所述步骤(2)中测得的叶顶间隙值为d1，步骤(1)中确定的激光叶尖定时传感器感应端到轮毂旋转中心的距离为D，旋转半径为r，通过公式：
r＝D-d1
即得到某一固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面时间差Δt0时间段内，对应叶片叶顶到轮毂旋转中心的距离，即为旋转半径r，则此时，叶顶的旋转线速度v为：
v＝ω﹒r
其中ω为转子叶片固定转速下的旋转角速度。
进一步的，所述步骤(3)中其余的激光叶尖定时传感器测定的时间，计算得到对应弦长处叶片厚度，即得到叶片前后缘点坐标，具体为：
由步骤(2)中所述其余激光叶尖定时传感器测定的时间为ΔTn，即代表在固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面的时间差值；然后依次取ΔTn时间段，ΔTn-1与ΔTn起始位置的相差时间Δtn，其中，n＞1；同时，根据步骤(3)中所述叶顶处旋转线速度v，通过以下压力面、吸力面的点坐标公式：
压力面的点坐标为：(Ns,v*Δtn)，
吸力面的点坐标为：(Ns,v*(Δtn+ΔTn))；
得到了实时旋转状态下，该叶片叶顶叶型的厚度，
其中s为步骤(1)中所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离，且N＝n-1，n为取点数。
进一步的，所述的步骤(1)中所述在叶片对应的机匣最高处安装至少11个沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离分别对应叶顶叶型5％、15％、25％、35％、45％、50％、55％、65％、75％、85％和95％弦长处，经过步骤(3)后可得到叶片前后缘共20个点坐标。
所述叶顶叶型5％、15％、25％、35％、45％、55％、65％、75％、85％和95％弦长处放置的激光叶尖定时传感器所接收到的信号分别为：第一信号、第二信号、第三信号、第四信号、第五信号、第六信号、第七信号、第八信号、第九信号、第十信号；
在ΔT1时间段内，第一信号中光强值较大，即代表在此时间段内有一叶片经过此传感器，对应的ΔT1即为该叶片叶顶叶型5％弦长处压力面和吸力面上两点经过该传感器激光点的时间差Δt1，再由叶片的叶顶旋转线速度v，可得到该叶片实时旋转状态下叶顶叶型5％处的厚度，又因压力面上的该点先经过激光，故先将其坐标设为(0，0)，即得到压力面和吸力面上各点的点坐标为：
压力面上的点坐标设为(0，0)，记为点(1)，
吸力面上的点坐标为(0，v*ΔT1)，记为点(2)；
在取ΔT2时间段内，在第二信号中光强值也较大，且ΔT1与ΔT2起始位置相差不大，相差时间为Δt2，表明两者测的为同一叶片经过机匣顶部传感器时叶顶叶型不同弦长处所带来的叶片厚度信号，由第二信号可以得到15％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(s,Δt2*v)，记为点(3)；
吸力面点坐标为(s,v*(Δt2+ΔT2)),记为点(4)；
依次类推，由第三信号可以得到，在25％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(2s,Δt3*v)，记为点(5)；
吸力面点坐标为(2s,v*(Δt3+ΔT3)),记为点(6)；
由第四信号可以得到35％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(3s,Δt4*v)，记为点(7)；
吸力面点坐标为(3s,v*(Δt4+ΔT4)),记为点(8)；
由第五信号可以得到45％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(4s,Δt5*v)，记为点(9)；
吸力面点坐标为(4s,v*(Δt5+ΔT5)),记为点(10)；
由第六信号可以得到55％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(5s,Δt6*v)，记为点(11)；
吸力面点坐标为(5s,v*(Δt6+ΔT6)),记为点(12)；
由第七信号可以得到65％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(6s,Δt7*v)，记为点(13)；
吸力面点坐标为(6s,v*(Δt7+ΔT7)),记为点(14)；
由第八信号可以得到75％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(7s,Δt8*v)，记为点(15)；
吸力面点坐标为(7s,v*(Δt8+ΔT8)),记为点(16)；
由第九信号可以得到85％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(8s,Δt9*v)，记为点(17)；
吸力面点坐标为(8s,v*(Δt9+ΔT9)),记为点(18)；
由第十信号可以得到，95％弦长处，压力面和吸力面上各点的点坐标为：
压力面点坐标为(9s,Δt10*v)，记为点(19)；
吸力面点坐标为(9s,v*(Δt10+ΔT10)),记为点(20)。
即得到该叶片在旋转状态下叶顶叶型的压力面和吸力面共20个点坐标，经样条插值后形成叶型线，得到叶顶几何。
还可以是，所述的步骤(1)中所述在叶片对应的机匣最高处安装至少3个沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离分别对应叶顶叶型25％、50％、75％弦长处，经过步骤(3)后可得到叶片前后缘共4个点坐标。
所述叶顶叶型25％、75％弦长处放置的激光叶尖定时传感器所接收到的信号分别为：第一信号、第二信号；
在ΔT1时间段内，第一信号中光强值较大，即代表在此时间段内有一叶片经过此传感器，对应的ΔT1即为该叶片叶顶叶型25％弦长处压力面和吸力面上两点经过该传感器激光点的时间差Δt1，再由叶片的叶顶旋转线速度v，可得到该叶片实时旋转状态下叶顶叶型25％处的厚度，又因压力面上的该点先经过激光，故先将其坐标设为(0，0)，即得到压力面和吸力面上各点的点坐标为：
压力面上的点坐标设为(0，0)，记为点(1)，
吸力面上的点坐标为(0，v*ΔT1)，记为点(2)；
在取ΔT2时间段内，在第二信号中光强值也较大，且ΔT1与ΔT2起始位置相差不大，相差时间为Δt2，表明两者测的为同一叶片经过机匣顶部传感器时叶顶叶型不同弦长处所带来的叶片厚度信号，由第二信号可以得到75％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(s,Δt2*v)，记为点(3)；
吸力面点坐标为(s,v*(Δt2+ΔT2)),记为点(4)；
即得到该叶片在旋转状态下叶顶叶型的压力面和吸力面共4个点坐标，经样条插值后形成叶型线，得到叶顶几何。
本发明的有益效果是：通过本发明可以实时得到转子叶片在高速旋转的状态下叶片叶顶几何，能够实时监测叶片叶型设计在热冷转换中的失真度。
附图说明
本发明具体措施将在下面参照附图并结合一个实例的说明加以详细阐述。附图表示：
图1为本发明实施例1所述激光叶尖定时传感器相对叶片的安装位置；
图2为本发明实施例1的示意原理图；
图3为本发明实施例1中所述50％弦长处传感器所测叶顶间隙示意图；
图4为本发明所述实施例1中其余10个传感器接收到的信号值；
图5本发明实施例1中还原的叶顶叶型几何示意图；
图6为本发明实施例2所述激光叶尖定时传感器相对叶片的安装位置；
图7为本发明实施例2的示意原理图；
图8为本发明实施例2中所述50％弦长处传感器所测叶顶间隙示意图；
图9为本发明所述实施例2中其余10个传感器接收到的信号值；
图10本发明实施例2中还原的叶顶叶型几何示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1：一种发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，
(1)测量前对激光传感器的校准步骤。
(2)安装激光叶尖定时传感器：叶片静止状态下，在叶片对应的机匣最高处安装沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离为：叶顶叶型弦长的10％；所述的激光叶尖定时传感器至少为三个，且其中必定包括一个设于50％处的激光叶尖定时传感器；并使激光叶尖定时传感器保持水平状态，用以保证激光叶尖定时传感器感应端与叶顶平行，并确定激光叶尖定时传感器感应端到叶片轮毂旋转中心的距离；即为附图1，本发明测量装置安装示意图，其中D为传感器感应端到轮毂旋转中心的距离，s为10个测量叶型几何传感器中任意两个传感器之间的轴向距离，其中s＝10％*c，c为静止状态下即冷态叶顶叶型的弦长。
(3)叶片在固定转速下，使用激光叶尖定时传感器进行失真度测量：所述置在50％处的激光叶尖定时传感器测量叶顶间隙，用以确定叶顶到叶片轮毂中心的距离即为叶顶处旋转半径；其余激光叶尖定时传感器分别测定：在激光光强值较大时，叶顶叶型弦长处沿周向扫过叶顶叶型压力面和吸力面所需的时间，即代表在此时间段内，有一叶片经过此激光叶尖定时传感器；
(4)根据步骤(2)的失真度测量结果计算叶型：由所述设置在50％弦长处的激光叶尖定时传感器测得叶顶间隙值，从而计算得到的叶顶处旋转半径，进而得到叶顶处旋转线速度；同时，由步骤(2)中所述其余激光叶尖定时传感器测定的时间，得到固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面的时间差值，结合已经计算出的叶顶处旋转线速度，计算得到对应弦长处叶片厚度，即得到叶片前后缘点坐标，最终，经样条插值成整个叶型。
所述步骤(3)中由所述设置在50％弦长处的激光叶尖定时传感器测得叶顶间隙值，从而计算得到的叶顶处旋转半径，进而得到叶顶处旋转线速度，具体的是：所述步骤(2)中测得的叶顶间隙值为d1，步骤(1)中确定的激光叶尖定时传感器感应端到轮毂旋转中心的距离为D，旋转半径为r，通过公式：
r＝D-d1
即得到某一固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面时间差Δt0时间段内，对应叶片叶顶到轮毂旋转中心的距离，即为旋转半径r，则此时，叶顶的旋转线速度v为：
v＝ω﹒r
其中ω为转子叶片固定转速下的旋转角速度。
如附图2所示，为测定叶片叶顶几何的原理示意图，在叶片旋转状态下，某一固定弦长处传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面会有一个时间差Δt0如附图3所示，为50％弦长处激光叶尖定时传感器所测叶顶间隙值，其中d1为Δt0时刻内，某一叶片经过机匣顶部时叶顶与传感器感应面之间的距离。由此可以得到此时间段内对应叶片叶顶到轮毂旋转中心的距离r＝D-d1，则叶顶的旋转线速度为v＝ω﹒r，其中ω为转子叶片固定转速下的旋转角速度。D为传感器感应端到轮毂旋转中心的距离。
所述步骤(3)中其余的激光叶尖定时传感器测定的时间，计算得到对应弦长处叶片厚度，即得到叶片前后缘点坐标，具体为：
由步骤(2)中所述其余激光叶尖定时传感器测定的时间为ΔTn，即代表在固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面的时间差值；然后依次取ΔTn时间段，ΔTn-1与ΔTn起始位置的相差时间Δtn，其中，n＞1；同时，根据步骤(3)中所述叶顶处旋转线速度v，通过以下压力面、吸力面的点坐标公式：
压力面的点坐标为：(Ns,v*Δtn)，
吸力面的点坐标为：(Ns,v*(Δtn+ΔTn))；
得到了实时旋转状态下，该叶片叶顶叶型的厚度，
其中s为步骤(1)中所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离，且N＝n-1，n为取点数。
根据以上取点计算方法，所述的步骤(1)中所述在叶片对应的机匣最高处安装至少11个沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离分别对应叶顶叶型5％、15％、25％、35％、45％、50％、55％、65％、75％、85％和95％弦长处，经过步骤(3)后可得到叶片前后缘共20个点坐标。所述叶顶叶型5％、15％、25％、35％、45％、55％、65％、75％、85％和95％弦长处放置的激光叶尖定时传感器所接收到的信号分别为：第一信号、第二信号、第三信号、第四信号、第五信号、第六信号、第七信号、第八信号、第九信号、第十信号；
在ΔT1时间段内，第一信号中光强值较大，即代表在此时间段内有一叶片经过此传感器，对应的ΔT1即为该叶片叶顶叶型5％弦长处压力面和吸力面上两点经过该传感器激光点的时间差Δt1，再由叶片的叶顶旋转线速度v，可得到该叶片实时旋转状态下叶顶叶型5％处的厚度，又因压力面上的该点先经过激光，故先将其坐标设为(0，0)，即得到压力面和吸力面上各点的点坐标为：
压力面上的点坐标设为(0，0)，记为点(1)，
吸力面上的点坐标为(0，v*ΔT1)，记为点(2)；
在取ΔT2时间段内，在第二信号中光强值也较大，且ΔT1与ΔT2起始位置相差不大，相差时间为Δt2，表明两者测的为同一叶片经过机匣顶部传感器时叶顶叶型不同弦长处所带来的叶片厚度信号，由第二信号可以得到15％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(s,Δt2*v)，记为点(3)；
吸力面点坐标为(s,v*(Δt2+ΔT2)),记为点(4)。
依次类推，由第三信号可以得到，在25％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(2s,Δt3*v)，记为点(5)；
吸力面点坐标为(2s,v*(Δt3+ΔT3)),记为点(6)；
由第四信号可以得到35％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(3s,Δt4*v)，记为点(7)；
吸力面点坐标为(3s,v*(Δt4+ΔT4)),记为点(8)；
由第五信号可以得到45％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(4s,Δt5*v)，记为点(9)；
吸力面点坐标为(4s,v*(Δt5+ΔT5)),记为点(10)；
由第六信号可以得到55％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(5s,Δt6*v)，记为点(11)；
吸力面点坐标为(5s,v*(Δt6+ΔT6)),记为点(12)；
由第七信号可以得到65％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(6s,Δt7*v)，记为点(13)；
吸力面点坐标为(6s,v*(Δt7+ΔT7)),记为点(14)；
由第八信号可以得到75％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(7s,Δt8*v)，记为点(15)；
吸力面点坐标为(7s,v*(Δt8+ΔT8)),记为点(16)；
由第九信号可以得到85％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(8s,Δt9*v)，记为点(17)；
吸力面点坐标为(8s,v*(Δt9+ΔT9)),记为点(18)；
由第十信号可以得到，95％弦长处，压力面和吸力面上各点的点坐标为：
压力面点坐标为(9s,Δt10*v)，记为点(19)；
吸力面点坐标为(9s,v*(Δt10+ΔT10)),记为点(20)。
即得到该叶片在旋转状态下叶顶叶型的压力面和吸力面共20个点坐标，经样条插值后形成叶型线，得到叶顶几何。
如附图4所示，为所述其余10个传感器处理单元所接收到的信号值，所有信号为同步记录。信号(1)、信号(2)、…信号(9)、信号(10)，即为第一信号、第二信号、…第九信号、第十信号分别对应5％、15％、25％、35％、45％、50％、55％、65％、75％、85％和95％弦长处放置的传感器所接收到的信号。x轴为时间，y轴为传感器感应端接收到的反射激光光强，光强值越大表示反射面与传感器感应端距离越小。例如：信号(1)中ΔT1时间段内光强值较大，即代表在此时间段内有一叶片经过此传感器，对应的ΔT1即为该叶片叶顶叶型5％弦长处压力面和吸力面上两点经过该传感器激光点的时间差，再由得到对应该叶片的叶顶旋转线速度v，即可得到该叶片实时旋转状态下叶顶叶型5％处的厚度，即得到吸力面和压力面上各一个点的点坐标。因压力面上的该点先经过激光，将其坐标设为(0，0)，记为点(1)，则对应的吸力面上的点坐标为(0，v*ΔT1)，记为点(2)，如图5所示。
在信号(2)中，ΔT2时间段内光强值也较大，且ΔT1与ΔT2起始位置相差不大，相差时间为Δt2，表明两者测的为同一叶片经过机匣顶部传感器时叶顶叶型不同弦长处所带来的叶片厚度信号。由信号(2)可以得到15％弦长处压力面和吸力面的点坐标，其中压力面点坐标为(s,Δt2*v)，记为点(3)。吸力面点坐标为(s,v*(Δt2+ΔT2)),记为点(4)。
同样的，由信号(3)可以得到，在25％弦长处，压力面点坐标为(2s,Δt3*v)，记为点(5)。吸力面点坐标为(2s,(Δt3+ΔT3)),记为点(6)……
由信号(10)可以得到，在95％弦长处，压力面点坐标为(9s,Δt10*v)，记为点(19)。吸力面点坐标为(9s,v*(Δt10+ΔT10)),记为点(20)
由此，我们可以得到该叶片在旋转状态下叶顶叶型的压力面和吸力面共20个点坐标，经样条插值后形成叶型线，即可得到叶顶几何，x轴为气流来流方向，由此进一步可得到安装角，厚度，弯角等参数。
由步骤(1)至步骤(3)得到一个叶片的叶顶几何参数形成一个周期，以此类推的多个周期，得到多个叶片的叶顶几何参数，由此实时监测发动机每个转子叶片的叶顶叶型几何，实现对叶片叶型设计在热冷转换中的保真度的实时监测。
实施例2，与实施例1相同，不同的是所述的激光叶尖定时传感器设置有三个，且其中必定包括一个设于50％处的激光叶尖定时传感器；
所述的步骤(1)中所述在叶片对应的机匣最高处安装3个沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，即为附图6，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离分别对应叶顶叶型25％、50％、75％弦长处，经过步骤(3)后可得到叶片前后缘共4个点坐标，如附图7所示。附图8所示为50％弦长处激光叶尖定时传感器所测叶顶间隙值。所述叶顶叶型25％、75％弦长处放置的激光叶尖定时传感器所接收到的信号分别为：第一信号、第二信号，如附图9；
在ΔT1时间段内，第一信号中光强值较大，即代表在此时间段内有一叶片经过此传感器，对应的ΔT1即为该叶片叶顶叶型25％弦长处压力面和吸力面上两点经过该传感器激光点的时间差Δt1，再由叶片的叶顶旋转线速度v，可得到该叶片实时旋转状态下叶顶叶型25％处的厚度，又因压力面上的该点先经过激光，故先将其坐标设为(0，0)，即得到压力面和吸力面上各点的点坐标为：
压力面上的点坐标设为(0，0)，记为点(1)，
吸力面上的点坐标为(0，v*ΔT1)，记为点(2)；
在取ΔT2时间段内，在第二信号中光强值也较大，且ΔT1与ΔT2起始位置相差不大，相差时间为Δt2，表明两者测的为同一叶片经过机匣顶部传感器时叶顶叶型不同弦长处所带来的叶片厚度信号，由第二信号可以得到75％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(s,Δt2*v)，记为点(3)；
吸力面点坐标为(s,v*(Δt2+ΔT2)),记为点(4)。
即得到该叶片在旋转状态下叶顶叶型的压力面和吸力面共4个点坐标，经样条插值后形成叶型线，得到叶顶几何，如附图10。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其特征在于，
(1)安装激光叶尖定时传感器：叶片静止状态下，在叶片对应的机匣最高处安装沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离为：叶顶叶型弦长的10％；所述的激光叶尖定时传感器至少为三个，且其中必定包括一个设置在50％弦长处的激光叶尖定时传感器；并使激光叶尖定时传感器保持水平状态，用以保证激光叶尖定时传感器感应端与叶顶平行，并确定激光叶尖定时传感器感应端到叶片轮毂旋转中心的距离；
(2)叶片在固定转速下，使用激光叶尖定时传感器进行失真度测量：设置在50％弦长处的激光叶尖定时传感器测量叶顶间隙，用以确定叶顶到叶片轮毂中心的距离即为叶顶处旋转半径；其余激光叶尖定时传感器分别测定：在激光光强值较大时，叶顶叶型弦长处沿周向扫过叶顶叶型压力面和吸力面所需的时间，即代表在此时间段内，有一叶片经过此激光叶尖定时传感器；
(3)根据步骤(2)的失真度测量结果计算叶型：由所述设置在50％弦长处的激光叶尖定时传感器测得叶顶间隙值，从而计算得到的叶顶处旋转半径，进而得到叶顶处旋转线速度；同时，由步骤(2)中所述其余激光叶尖定时传感器测定的时间，得到固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面的时间差值，结合已经计算出的叶顶处旋转线速度，计算得到对应弦长处叶片厚度，即得到叶片前后缘点坐标，最终，经样条插值成整个叶型。
2.如权利要求1所述的发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其特征在于，还包括测量前对激光传感器的校准步骤。
3.如权利要求1所述的发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其特征在于，由步骤(1)至步骤(3)得到一个叶片的叶顶几何参数形成一个周期，以此类推的多个周期，得到多个叶片的叶顶几何参数，由此实时监测发动机每个转子叶片的叶顶叶型几何，实现对叶片叶型设计在热冷转换中的保真度的实时监测。
4.如权利要求1所述的发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中由所述设置在50％弦长处的激光叶尖定时传感器测得叶顶间隙值，从而计算得到的叶顶处旋转半径，进而得到叶顶处旋转线速度，具体的是：所述步骤(2)中测得的叶顶间隙值为d1，步骤(1)中确定的激光叶尖定时传感器感应端到轮毂旋转中心的距离为D，旋转半径为r，通过公式：
r＝D-d1
即得到某一固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面时间差Δt0时间段内，对应叶片叶顶到轮毂旋转中心的距离，即为旋转半径r，则此时，叶顶的旋转线速度v为：
v＝ω﹒r
其中ω为转子叶片固定转速下的旋转角速度。
5.如权利要求1所述的发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中其余的激光叶尖定时传感器测定的时间，计算得到对应弦长处叶片厚度，即得到叶片前后缘点坐标，具体为：
由步骤(2)中所述其余激光叶尖定时传感器测定的时间为ΔTn，即代表在固定弦长处，激光叶尖定时传感器激光经过叶顶叶型压力面和吸力面的时间差值；然后依次取ΔTn时间段，ΔTn-1与ΔTn起始位置的相差时间Δtn，其中，n＞1；同时，根据步骤(3)中所述叶顶处旋转线速度v，通过以下压力面、吸力面的点坐标公式：
压力面的点坐标为：(Ns,v*Δtn)，
吸力面的点坐标为：(Ns,v*(Δtn+ΔTn))；
得到了实时旋转状态下，该叶片叶顶叶型的厚度，
其中s为步骤(1)中所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离，且N＝n-1，n为取点数。
6.如权利要求1-5任一所述的发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其特征在于，所述的步骤(1)中所述在叶片对应的机匣最高处安装至少11个沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离分别对应叶顶叶型5％、15％、25％、35％、45％、50％、55％、65％、75％、85％和95％弦长处，经过步骤(3)后可得到叶片前后缘共20个点坐标。
7.如权利要求6所述的发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其特征在于，所述叶顶叶型5％、15％、25％、35％、45％、55％、65％、75％、85％和95％弦长处放置的激光叶尖定时传感器所接收到的信号分别为：第一信号、第二信号、第三信号、第四信号、第五信号、第六信号、第七信号、第八信号、第九信号、第十信号；
在ΔT1时间段内，第一信号中光强值较大，即代表在此时间段内有一叶片经过此传感器，对应的ΔT1即为该叶片叶顶叶型5％弦长处压力面和吸力面上两点经过该传感器激光点的时间差Δt1，再由叶片的叶顶处旋转线速度v，可得到该叶片实时旋转状态下叶顶叶型5％处的厚度，又因压力面上的该点先经过激光，故先将其坐标设为(0，0)，即得到压力面和吸力面上各点的点坐标为：
压力面上的点坐标设为(0，0)，记为点(1)，
吸力面上的点坐标为(0，v*ΔT1)，记为点(2)；
在取ΔT2时间段内，在第二信号中光强值也较大，且ΔT1与ΔT2起始位置相差不大，相差时间为Δt2，表明两者测的为同一叶片经过机匣顶部传感器时叶顶叶型不同弦长处所带来的叶片厚度信号，由第二信号可以得到15％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(s,Δt2*v)，记为点(3)；
吸力面点坐标为(s,v*(Δt2+ΔT2)),记为点(4)；
依次类推，由第三信号可以得到，在25％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(2s,Δt3*v)，记为点(5)；
吸力面点坐标为(2s,v*(Δt3+ΔT3)),记为点(6)；
由第四信号可以得到35％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(3s,Δt4*v)，记为点(7)；
吸力面点坐标为(3s,v*(Δt4+ΔT4)),记为点(8)；
由第五信号可以得到45％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(4s,Δt5*v)，记为点(9)；
吸力面点坐标为(4s,v*(Δt5+ΔT5)),记为点(10)；
由第六信号可以得到55％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(5s,Δt6*v)，记为点(11)；
吸力面点坐标为(5s,v*(Δt6+ΔT6)),记为点(12)；
由第七信号可以得到65％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(6s,Δt7*v)，记为点(13)；
吸力面点坐标为(6s,v*(Δt7+ΔT7)),记为点(14)；
由第八信号可以得到75％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(7s,Δt8*v)，记为点(15)；
吸力面点坐标为(7s,v*(Δt8+ΔT8)),记为点(16)；
由第九信号可以得到85％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(8s,Δt9*v)，记为点(17)；
吸力面点坐标为(8s,v*(Δt9+ΔT9)),记为点(18)；
由第十信号可以得到，95％弦长处，压力面和吸力面上各点的点坐标为：
压力面点坐标为(9s,Δt10*v)，记为点(19)；
吸力面点坐标为(9s,v*(Δt10+ΔT10)),记为点(20)；
即得到该叶片在旋转状态下叶顶叶型的压力面和吸力面共20个点坐标，经样条插值后形成叶型线，得到叶顶几何。
8.如权利要求1-5任一所述的发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其特征在于，所述的步骤(1)中所述在叶片对应的机匣最高处安装至少3个沿轴向分布的激光叶尖定时传感器，所述激光叶尖定时传感器设置的轴向距离分别对应叶顶叶型25％、50％、75％弦长处，经过步骤(3)后可得到叶片前后缘共4个点坐标。
9.如权利要求7所述的发动机转子叶片旋转状态下叶型的失真度测量方法，其特征在于，所述叶顶叶型25％、75％弦长处放置的激光叶尖定时传感器所接收到的信号分别为：第一信号、第二信号；
在ΔT1时间段内，第一信号中光强值较大，即代表在此时间段内有一叶片经过此传感器，对应的ΔT1即为该叶片叶顶叶型25％弦长处压力面和吸力面上两点经过该传感器激光点的时间差Δt1，再由叶片的叶顶处旋转线速度v，可得到该叶片实时旋转状态下叶顶叶型25％处的厚度，又因压力面上的该点先经过激光，故先将其坐标设为(0，0)，即得到压力面和吸力面上各点的点坐标为：
压力面上的点坐标设为(0，0)，记为点(1)，
吸力面上的点坐标为(0，v*ΔT1)，记为点(2)；
在取ΔT2时间段内，在第二信号中光强值也较大，且ΔT1与ΔT2起始位置相差不大，相差时间为Δt2，表明两者测的为同一叶片经过机匣顶部传感器时叶顶叶型不同弦长处所带来的叶片厚度信号，由第二信号可以得到75％弦长处压力面和吸力面的点坐标为：
压力面点坐标为(s,Δt2*v)，记为点(3)；
吸力面点坐标为(s,v*(Δt2+ΔT2)),记为点(4)；
即得到该叶片在旋转状态下叶顶叶型的压力面和吸力面共4个点坐标，经样条插值后形成叶型线，得到叶顶几何。
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