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需求1：光栅式高温复合传感器温度测量修正方法研究

一、研究目标

1阐明光栅式高温复合传感器壁温测量结果偏离被测部件温度的机理，建立光栅式高温复合传感器壁温测量修正方法。

2编制光栅式高温复合传感器壁温测量修正工程应用软件，提高光栅式高温复合传感器温度测量的准确性。

二、研究内容

1光栅式高温复合传感器壁温测量结果偏离被测点温度机理

准确测量航空发动机部件壁面温度是测试中的难题，测量结果偏离被测点温度的机理复杂。需要考虑被测部件流过的流体温度和速度变化，分析光栅式高温复合传感器导热及其与流体之间细微的对流换热过程，分析光栅式高温复合传感器周围流体温度分布规律，分析光栅式高温复合传感器安装工艺对传感器温度分布的影响，分析辐射环境温度变化对光栅式高温复合传感器温度的影响，确定不同传热方式对光栅式高温复合传感器壁温测量结果的影响规律，明确航空发动机真实工况下光栅式高温复合传感器壁温测量结果偏离的原因。

2光栅式高温复合传感器壁温测量结果修正方法

综合考虑导热、对流、辐射因素，分析光栅式高温复合传感器感温元件、被测点以及环境之间的传热关系，建立光栅式高温复合传感器壁温测量热平衡模型。根据光栅式高温复合传感器对流换热特性，建立不同速度下流体温度在光栅式高温复合传感器周围分布计算式、对流换热系数计算式和光栅式高温复合传感器温度计算式。根据光栅式高温复合传感器的尺寸和安装工艺建立辐射传热计算式。根据计算式建立包括光栅式高温复合传感器感温元件、被测点以及环境温度的热平衡方程组，求解被测点温度，即获得壁温测量修正方法。

3光栅式高温复合传感器壁温测量结果修正软件编制及应用

根据热平衡方程编制光栅式高温复合传感器温度测量结果修正软件，依据给定的边界条件求解传感器测点温度，并根据给定的边界条件的不确定性给出修正结果的不确定性。结合航空发动机部件壁温测量试验，应用该软件进行壁温测量结果修正，降低真实工况下光栅式高温复合传感器的温度测量值与被测部件温度的偏差，确保修正结果真实有效。

三、主要指标

1温度修正方法适用范围：壁温≤1000℃;流体速度≤0～100m/s。
2光栅式高温复合传感器壁温修正值与试验验证结果的误差≯±1%。

四、研究周期

2022年12月完成该项目

需求2：基于机匣振动信号的发动机微弱、复合故障特征提取及辨识研究

一、项目的总体研究目标

基于机匣振动信号的发动机微弱、复合故障特征提取及辨识研究。

二、研究内容

2．1 循环平稳理论框架内机匣信号的微弱、复合故障分离研究

将循环平稳理论与信号的分离算法相结合，基于航空发动机的机匣振动信号实现微弱、复合故障的分离研究。项目主要利用循环自相关函数、循环谱密度函数、倒循环自相关函数、倒循环谱密度函数等，对机匣振动信号进行预处理分析，以实现循环平稳理论框架内信号的分析研究，为机匣信号实施准确、有效的分离奠定基础。

2．2机匣分离信号的微弱、复合故障特征提取研究

在循环平稳理论框架内引入新的信号分析方法，对经信号的分离算法分离后的机匣振动信号进行研究。

首先，对分离后的机匣振动信号，运用时频分析方法，实现微弱、复合故障的特征提取研究。其次，将循环平稳理论与信号的时频分析方法相结合。对分离后的机匣振动信号，利用循环统计量进行切片分析，并对获得的切片信号利用信号的时频分析方法进行微弱、复合故障的特征提取研究。

2．3实验验证与应用研究

项目主要通过两种方式的故障数据对项目提出的方法进行实验验证及应用研究：

A：利用仿真及带机匣的航空发动机转子试验器模拟各种微弱、复合故障，在故障中需要集中反映转子、滚动轴承以及齿轮传动之间的复合故障。

B: 基于真实的航空发动机故障数据，利用项目所提理论方法，实现航空发动机微弱、复合故障的有效分离及特征提取研究。

三、主要指标

（1）实现对仿真及带机匣的航空发动机转子试验器模拟产生的各种微弱、复合故障的信号分离及特征提取；

（2）实现航空发动机实测故障数据中微弱、复合故障的有效分离及特征提取；

四、研究周期

2020年2月～2023年2月

需求3：虑及多转速状态核心机转子高速动平衡研究

一、项目的总体研究目标

1.1针对发动机整机动平衡对转子不平衡振动精稳抑制的需求，提出虑及多转速状态的核心机转子高速动平衡方法；

1.2开展核心机转子动平衡试验研究，为发动机的整机动平衡提供方案指导。

二、研究内容

2.1核心机转子系统不平衡振动特性研究

建立核心机系统动力学模型，研究核心机转子不平衡振动响应及传递特性；分析高压转子动平衡对整机振动的影响，制定传感器安装及振动测试方案；探究在高压压气机4、9级盘施加配重平衡高压涡轮不平衡量的可行性。

2.2虑及多转速状态的核心机转子高速动平衡方法研究

分析核心机转子结构特性，研究在高压压气机转子4、9级盘上配重平衡高压涡轮盘不平衡量的配平方案；综合考虑核心机转子多个转速下的振动状态，采用优化算法，以残余振动平方和及残余振动最大值为目标函数，对配平方案进行优化，提出虑及多个转速状态的核心机转子高速动平衡方法。

2.3核心机转子高速动平衡试验研究

制定核心机转子高速动平衡的基本方案，在核心机试验台上分别进行单平面-单转速动平衡、单平面-多转速动平衡以及双平面-多转速动平衡的试验研究。

三、主要指标

在核心机转子系统试验台上，采用虑及多转速状态的转子高速动平衡方法，使得因不平衡引起的核心机转子振动在工作转速区间的60%以上转速范围内均有所下降。

四、研究周期

2019年12月～2022年12月

需求4：总体结构综合评估技术集成平台

一、 项目目标

针对航空发动机总体结构综合评价功能需求，开发基于数据库、技术流程、集成总体结构布局设计、整机快速建模和结构特性评估工具于一体的总体结构综合评估技术集成平台。

二、 主要功能和用途

集成平台用于航空发动机方案阶段快速建模与综合分析，平台需集成总体结构快速建模、重量估算、结构强度、整机结构变形、刚度、振动等方面的主要评估工具，并能按设计流程实现分析数据的传递。

平台应包含三层架构，分别为数据层、接口层、应用层。数据层应包含UG特征模型数据、材料数据、评估用语境几何模型数据及边界条件数据（性能参数、载荷参数等）。UG特征模型数据是指航空发动机整机、部件及零组件快速建模需要输入的结构特征、拓扑关系、数据参数等信息。材料数据包含航空发动机已经采用和即将采用的材料，其包含的材料数据满足总体结构综合评估需求。评估用语境几何模型数据是指航空发动机综合评估需要输入的整机、部件及零组件等结构的几何信息，这些信息从UG三维数模中转化获取。边界条件数据是发动机综合评价需要的整机、部件及零组件相关的性能、载荷输入数据。

接口层是根据两个建模和评估核心工具的输入/输出参数要求，对需要的数据进行分组归类，按组建立不同类别数据，平台具备数据I/O接口。数据接口按类别批量地处理数据，可使两项核心工具的输入/输出简单明确，降低调用功能的复杂度。

应用层有两个核心功能模块：一个是基于UG软件二次开发的建模模块，另一个是评估模块。两个模块就是两个相对独立的客户端，通过平台专用接口对评估用几何数据库实现管理。

为了便于工程设计人员开展结构方案设计工作，集成平台应根据使用习惯及设计流程开发出友好的操作界面，方便工程设计人员使用。平台主要用途包括：

1）设计输入处理。进入集成环境平台后，平台提供设计输入界面，指导用户将已知的建模所需结构特征参数经由特征参数I/O接口，系统将参数调入布局系统并完成计算，导出模块分析结构并上传到平台界面。

2）快速建模。从集成环境平台进入建模模块，通过指定操作，经特征参数I/O接口从特征数据库中获取需要建模的特征数据，调用建模工具完成建模，通过保存操作将三维数模存储到模型数据中。

3）评估数据准备。进入建模模块，通过制定操作指定发动机结构，访问三维数模数据并调出数模，指定需要进行的评估特性，调用相应的几何参数提取工具，计算出评估用几何参数，并通过评估用几何参数I/O接口将这些几何参数存储到评估用语境几何参数数据中。

4）特性评估。进入集成环境平台，通过制定操作选定发动机结构，指定需要进行的评估特性，通过评估用几何参数I/O接口访问评估用语境几何参数数据并获得相应的几何参数，调用相应的评估工具并计算出需要的边界参数，通过边界参数I/O接口将计算所得的边界参数存储到边界参数数据中。

5）数据管理与发动机结构方案查询。进入集成环境平台，可以完成某型发动机结构方案数据的修改操作，可采用查询方式获得需要的数据，如可以通过选择某个发动机方案，查询到该结构方案的版本迭代，以及每次迭代的模型数据、评估结果数据等。

三、 主要指标

1）集成平台能够根据方案设计流程调用全部模块程序，实现模块程序之间的数据传递，利用平台能够顺畅完成发动机总体结构方案设计的全部建模和评估工作，平台运行无异常。

2）平台具备数据库，能够满足平台内所有模块程序输入参数、计算数据、输出信息的存储和上传，同时具备查询和信息版本管理功能。

四、 任务周期

2019年3月～2022年6月

需求5：风扇转子虚拟动平衡研究

一、项目的总体研究目标

1.1根据仿真计算与试验的对比分析及风扇转子模态特性研究，修正有限元模型，实现风扇转子高仿真有限元模型的确定；

1.2通过风扇转子高仿真有限元模型分析，计算出风扇转子指定结点处加重影响系数；

1.3基于风扇转子动平衡数据进行深入研究，利用转子周向多测点振动数据进行虚拟动平衡分析，形成一套完整可靠的风扇转子虚拟动平衡方法和基于轴心轨迹重构的动平衡方法。

二、研究内容

2.1风扇转子高仿真模型的确定试验技术研究

根据风扇转子模态特性研究，修正有限元模型，利用现有风扇转子动平衡数据与仿真计算结果的差异进行对比分析，并根据分析结果对平衡参数算法和有限元模型进行二次修正，最终达到风扇转子高仿真模型的确定的目的。

2.2风扇转子指定点影响系数的确定试验技术研究

通过分析已建立的风扇转子高仿真有限元模型的结构特征。确定预加平衡位置和平衡平面数，并在有限元模型平衡位置结点上施加虚拟不平衡激励进行振动响应计算，由此确定出轴系指定结点处加重影响系数。

2.3基于轴心轨迹重构的动平衡方法

由于轴心轨迹能够表达转子整个平面的振动状况，针对多传感器测点的风扇转子不平衡振动问题，采用轴心轨迹重构方法进行动平衡，综合考虑两个甚至多个方向的振动信号，降低单一振动传感器带来的动平衡误判率，并进行与传统动平衡试验对比分析。

三、主要指标

（1）风扇转子高仿真模型的确定试验技术研究：模型计算临界转速与发动机实际工况下临界转速偏差不超过8%；

（2）风扇转子指定点影响系数的确定试验技术研究：风扇转子指定点通过模型计算和影响系数法试验得出的幅值影响系数幅值偏差不超过30%，滞后角度偏差不超过20%；

（3）风扇转子虚拟动平衡方法和基于轴心轨迹重构的动平衡方法：风扇转子经过虚拟动平衡或基于轴心轨迹重构法的动平衡后，指定点振动值降幅不低于60%，一次平衡成功率不低于85%。

四、研究周期

2019年12月～2022年12月

需求6：发动机整机动力学参数辩识及评估

一、项目的总体研究目标

1.1 研究整机状态下发动机动力学参数试验辨识方法，辨识内容包括：振动传递路径、支撑系统刚度和阻尼特性、转子不平衡状态、机匣运行模态等；

1.2 针对高低压转子不平衡和支点滚动轴承故障等主要故障类型，结合传递路径分析技术等，研究机匣表面不同部位振动测点对故障响应的敏感性，并提出发动机振动测点选取方法，指导发动机振动测点设定；

1.3 试验研究机匣振动和支点振动之间的关系，根据整机状态下的机匣振动评估发动机振动状态；

1.4基于转子不平衡量辨识的研究成果，开展本机状态下风扇转子影响系数平衡方法研究，提高风扇转子动平衡精度和动平衡试验效率。

二、研究内容

2.1发动机风扇转子不平衡量辨识及本机动平衡试验技术研究

航空发动机转子不平衡类故障占振动故障比例达80%以上。受到安装误差以及柔性转子高速下变形等因素的影响，部分转子必须采用本机平衡的方式来实现振动的抑制。现阶段本机平衡多采用三圆法，但开车次数多、精度不足，需开展风扇转子本机平衡技术优化研究。

2.2发动机动力学参数辨识试验技术研究

基于整机状态下机匣频响函数试验数据和实测机匣和支点部位振动数据，开展发动机整机状态下动力学参数辨识试验技术研究，包括：机匣支点反作用力辨识、支撑系统刚度和阻尼特性、转子不平衡状态等，与零部件状态下试验结果相比较，为发动机动力学设计提供数据。

2.3发动机内部恶劣条件下振动测试技术、主支点振动传递路径及振动贡献度研究

发动机振动测点设计初衷是更好地反映转子振动情况，但因发动机结构等因素限制，振动测点一般安装在外部机匣承力框架处。为研究机匣测点局部振动影响和传递特性，需开展发动机内部恶劣条件下振动测试技术研究，在此基础上开展振动传递路径研究。

2.4发动机状态评估、机匣运行模态、振动测点敏感性及选取试验技术研究

通过传递路径分析和整机状态下机匣运行模态识别，评估发动机状态，重点针对高压转子不平衡、低压转子不平衡和各支点部位滚动轴承故障，分析机匣上不同部位对不同故障的敏感性，指导机匣上振动测点布置。

三、主要指标

（1）发动机风扇转子不平衡量辨识及本机动平衡试验技术研究：风扇转子动平衡后振动减小量≥50%；风扇转子动平衡试验次数≤3次；动平衡计算软件可以指导开展航空发动机动平衡试验工作；

（2）发动机动力学参数辨识试验技术研究：整机状态下弹性支撑系统动力特性辨识结果和标准动柔度试验法相比误差≤20%；

（3）发动机内部恶劣条件下振动测试技术、主支点振动传递路径及振动贡献度研究。所提出的OTPA传递路径分析方法适用于发动机整机状态下主支点振动传递路径及振动贡献度研究，在试验台得到验证。

四、研究周期

2019年12月～2022年12月

需求7：发动机整机测点敏感性仿真与试验研究

一、项目的总体研究目标

针对真实工况下航发发动机整机动力学参数辨识及评估方法的重大需求，提出航空发动机转子-轴承-机匣整机动力学建模及参数表征方法，揭示转子支承部位振动同机匣测点振动之间的关联规律，形成从转子支承部位振动推算机匣测点振动的正向分析方法和从机匣测点振动到转子支承部位振动的逆向推算方法，形成真实工况下发动机整机动力学参数辨识及评估技术。

二、研究内容

2.1机匣动力学参数表达方法建模与仿真

利用机匣有限元模型，获取独立机匣状态下的"支承-支承"和"支承-机匣测点"传递路径间的正向传递的频响函数并采用系统辨识方法实现传递函数的数据拟合；在支承点施加激励力，利用有限元仿真技术获取支承点及测点的振动响应数据，利用支承点振动数据反向逆推支承点激励力进而获取机匣测点的振动响应；探究传感器测点位置对振动反演结果的敏感特性，确定传感器合理的布置方案。

2.2基于模型的传递函数矩阵测试方法的仿真验证

通过建立机匣-支承-双转子的简单有限元模型（非完整的航发转子模型，只需要与航发的支撑结构一致），研究整机静载状态下的柔性机匣上支撑-支撑和支撑测点间的传递函数辨识方法，研究如何消除转子静载作用引入的传递函数路径耦合问题，为真实工况下发动机机匣传递函数测试提供测试指导。

2.3真实工况下发动机整机动力学参数辨识方法研究

由于发动机的实际特性，难以单独测试机匣支承-支承、支承-测点间的传递函数，需要在整机状态下进行测试（试验获取传递函数时，耦合了转子部分的振动特性，不能单独反映机匣的独立振动传递特性），获取整机状态下的支承-机匣-转子-测点间的耦合传递函数矩阵。因此，需要单独测量转子支承间的传递函数矩阵（消除机匣等耦合因素），再代入整机的传递函数矩阵模型来推算出独立机匣状态下的传递函数矩阵。

2.4发动机整机振动传递特性测试与评价

利用基于叶片振动监测的无键相传感器技术，确定不平衡激励作用下的支承、机匣测点上的不平衡振动响应的幅频、相频特性曲线。结合独立机匣状态下的支承-测点间的传递函数矩阵，利用支承测点振动响应数据逆向获取支承作用力，进而正向预测机匣测点的振动频率响应特性；结合独立机匣状态下的支承-机匣测点间的传递函数矩阵，利用机匣测点振动响应数据逆向获取支承作用力，进而逆向推演支承测点的振动频率响应特性。通过对比正向预测机匣测点振动与实测的机匣测点振动、逆向反演支承振动与支承测点振动的频率响应特性曲线，进行评价。

三、主要指标

（振动传递正向分析和逆向推算的幅频和相频曲线的最大偏差不超过30%（不包含机匣振动响应的分散性）。

四、研究周期

2019年12月～2022年12月

需求8：试验器条件下考虑多种力学参数影响的转子动力学特性仿真方法研究

一、功能用途

通过模拟温度载荷、气动载荷等力学参数，结合实际试验器状态的转子—支承系统的动力学参数，仿真计算发动机风扇转子在试验器状态下的动力学特性，对比真实发动机的试验结果，修正仿真模型。并基于风扇转子的动力学特性仿真方法，建立考虑温度分布、气动载荷的核心机转子动力学模型，类推核心机转子的仿真与整机试验结果的偏差大小。最后建立考虑温度分布、气动载荷的双转子系统动力学模型，分析温度分布、气动载荷对双转子动力学特性的影响。

二、主要内容

1单转子—支承系统动力学特性分析

（1）风扇转子动力学特性仿真

考虑转子—支承系统的特征参数，仿真计算风扇转子的动力学特性，对比风扇转子仿真与试验结果，验证仿真方法的正确性和有效性，修正模型参数。

（2）核心机转子动力学特性仿真

根据核心机转子的结构特征、动力学参数，仿真计算核心机转子的动力学特性，为后续开展模拟多种力学参数的动力学仿真方法的研究奠定基础。

2考虑温度分布的转子动力学建模与分析

（1）考虑轴向温度分布的风扇转子动力学特性仿真

根据不同材料弹性模量随温度的变化规律，结合单元轴向温度分布形式，建立考虑轴向温度分布的风扇转子有限元模型，分析风扇转子在轴向温度分布下的临界特性。

（2）考虑轴向温度分布的核心机转子动力学特性仿真

基于（1）中建立的风扇转子动力学特性仿真方法，针对核心机转子的材料弹性模量和轴向温度分布，建立考虑轴向温度分布的核心机转子有限元模型，仿真计算核心机转子的临界特性。

（3）轴向温度分布对临界特性的影响分析

对比有/无考虑轴向温度分布的仿真结果，研究轴向温度分布对风扇转子、核心机转子临界特性的影响规律。

3考虑气动载荷的转子动力学建模与分析

根据转子各个部件受到的气体轴向力及力矩，建立考虑轴向力及力矩的转子有限元模型，计算风扇转子、核心机转子的动力学特性，分析气体轴向力及力矩对临界转速、模态振型以及不平衡响应的影响。

4温度和气动载荷耦合作用下转子动力学特性分析

在温度分布、气动载荷、不平衡力的共同耦合作用下，计算风扇转子的临界特性，获得仿真与整机试验结果的偏差大小。利用风扇的仿真方法，类推核心机转子的仿真与整机试验结果的偏差大小。

5发动机双转子动力学特性分析

（1）双转子动力学建模与特性分析

在单转子的基础之上，考虑转速比、高/低压转子主激励、中介轴承刚度等双转子特征参数，建立发动机双转子系统有限元模型，仿真计算双转子系统的动力学特性，与整机试验结果作对比，验证双转子仿真方法的正确性和有效性，修正双转子模型参数。

（2）考虑温度分布和气动载荷的双转子动力学特性分析

基于（1）中建立的双转子有限元模型，进一步建立考虑轴向温度分布、轴向气动力的双转子动力学模型，针对发动机慢车、巡航等不同的工作状态，研究双转子系统的动力学响应，评估双转子仿真结果与整机试验结果的偏差。

三、主要指标

风扇转子仿真分析结果与试验结果相比误差不超过±10%。

四、研究周期

2023年8月前完成全部研究内容

需求9：光栅式高温静态应变测试技术研究

一、研究目标

通过对传感器工作原理、温度补偿、粘贴工艺等技术的研究和适用性验证，实现光栅式高温应变传感技术，建立高温静态应变参数的测量方法。

二、主要研究内容

1）总体结构设计

开展适用于粘贴式高温静态应变测量的高温光纤应变传感器总体结构设计，即满足测试结构高温、小空间的安装需求，又需满足对测试结构件的无损防护，即在热态疲劳试验中，不能因测试安装需要，而对测点造成损伤，甚至因此出现疲劳源。需要实现传感器对温度和应变双参数的同步测试，为后续的热应力、机械载荷应力和温度引起的热输出解耦提供基础，即对热输出的修正提供支持。

2）温度补偿原理和方法研究

开展高温光纤应变传感器温度补偿原理和方法的研究，研究传感器自身温度效应的修正技术，即实现温度引起的传感器应变输出解耦。

从温度引起的传感器形变、折射率等参数入手，从理论上对测试构件线膨胀系数、机械载荷变形、温度引起的变形等参数进行原理上的研究，建立解耦公式并通过试验标定建立修正公式，实现机械及温度场产生的应变输出同步解耦。实现测试软硬件的设计开发。

3）传感器的制作、粘贴工艺技术研究

研究高温光纤应变传感器的制作技术，形成工艺方法。研究传感器在试件上的粘贴方法。

从实现应变及温度、不感受应变的温度参数测试出发，设计复合传感器的制作工艺，需要加工可控，可标定。传感器采用粘贴法安装，优化传感器表面处理、涂胶、加温、加压等粘贴参数，兼顾传感器的防护，测试信号的引出等。

4）试验室条件下传感器的标定方法研究

在甲方试验室条件下进行应变和温度标定试验，试验器可模拟工作环境温度，施加有理论解的应变，经多数组模拟比对后，建立高温光纤应变传感器的应变及温度测量标定方法，对传感器高温条件下的稳定性、耐久性进行验证。

5）高温光纤应变传感器在航空发动机上的适用性研究

经试验室验证测试有效后，在真实发动机件上进行测试件表面微损伤的安装工艺验证，并进行传感器的适用性研究。

三、主要技术指标

主要技术指标如下：

800℃条件下稳定工作时间大于4小时；

量程：≮±5000με；

应变测量精度：≯30με；

温度测量精度：≯±1%；

采集频率：≮10Hz。

四、预期成果

项目研究的预期成果见表1。

表1 预期成果

五、项目周期

2022年12月前完成全部研究内容。

需求10：航空发动机转子连接刚度不均匀度测试与控制技术研究

一、主要研究内容

该研究方向主要揭示转子连接刚度周向分布特征形成机理，突破界面接触状态、连接刚度不均匀度测试技术，开发基于转子连接刚度分布均匀性的装配控制工艺方法。

1、转子连接刚度周向分布特征形成机理研究。采用理论研究和实验相结合的方法开展技术研究：通过理论推导、仿真计算、数值分析等方法对不同结构/形貌/工艺参数下的转子结构连接状态进行分析，获取界面压力、接触面积等连接状态特征量；根据结构/材料/工艺/界面相似性原则对结构/形貌/工艺下连接刚度特征进行实验研究，建立载荷/工艺——静动态连接特性参数——转子连接刚度的分析模型。

2、连接刚度不均匀度测试技术研究。以发动机典型结构为研究对象，开展连接刚度不均匀度检测机理研究，开发连接刚度特征检测系统，并开展测试试验验证。

3、基于转子连接刚度分布均匀性的装配控制工艺方法研究。研究结构匹配、连接工艺精确控制、力/热载荷控制等控制方法，突破多因素平衡/补偿控制技术，形成航发转子连接刚度分布高一致性的控制方法。以航空发动机典型结构为试验件，验证方法并根据验证结果对模型进行改进、优化。

二、主要技术指标：

转子连接刚度周向不均匀度预测偏差≤15%

三、任务周期：

2019年-2022年

需求11：小扰动、一体化应变传感技术研究

一、研究目标

通过项目研究，研制一种小扰动、结构功能一体化的膜式应变传感器，实现中、高温区间发动机金属基叶片表面应力/应变参数的测量。

二、主要研究内容

项目研究要通过磁控溅射（PVD）和前驱体陶瓷（PDC）两种技术途径展开科学探索，以实现能够适应测量需要的薄膜应变传感器的制造及应用。研究内容包括以下几个方面。

1）应变敏感材料及引线材料特性研究

研究过渡层薄膜材料厚度、敷设工艺对其粘附性能和热膨胀系数的影响规律；研究不同材料、不同工艺下绝缘薄膜性能的响应规律；研究工艺参数对敏感层薄膜厚度、均匀性、致密性的作用规律以及电阻率随温度变化的耦合机制；研究保护层薄膜厚度、表面形貌对其抗高温氧化性能的影响规律，确立其在多种不同工况使用下的参数模型与工艺设计准则。

2）三维复杂型面敷设工艺研究

研究不同工艺路线的工艺参数对三维复杂型面薄膜敷设厚度、均匀性等形貌特征的影响规律；建立三维复杂型面薄膜材料稳定成型的调控机制；探究工艺参数对敏感区域与引线的可靠性连接的影响，确立三维复杂型面下的引线高可靠性连接的评价原则。

3）典型复杂结构表面薄膜传感元件设计与制造

仿真分析发动机叶片典型复杂结构高温条件下的表面应力场和温度分布特性，研究应变传感薄膜布局方式、尺寸大小、拓扑形貌对传感器输出性能的影响规律。

4）应变传感器验证试验

对不同温度区间的材料绝缘特性、电阻温度特性、抗氧化特性等进行试验验证，反馈优化传感器成膜工艺、引线成型、结构布局、拓扑形貌等工艺参数与电学参数。在甲方试验平台开展静、动态标定试验技术研究。

三、主要技术指标

主要技术指标如下：

工作温度：250℃～700℃；

应变计基距：≯5X7mm；

厚度：≯0.2mm；

电阻：60Ω≤R≤2000Ω；

常温绝缘电阻：>20MΩ；

寿命：>40min；

引线厚度：≯0.5mm；

引线固定宽度：≯1mm；

最大量程：≮±3000με。

四、预期成果

项目研究的预期成果见表1。

表1 预期成果

五、项目周期

2022年12月前完成全部研究内容。

需求12：核心机转子在试验器条件下的支承刚度模拟

一、项目的总体研究目标

研究发动机风扇转子、核心机转子的支承刚度的模拟方法，开展相应的弹性支承结构设计，使转子在试验器条件下有效模拟发动机条件下的振动特性。

二、研究内容

2.1发动机风扇转子支承结构刚度分析

针对试验器条件下风扇转子的一、二支点位置的弹性环结构进行有限元分析，根据提供的发动机条件下风扇支点的支承刚度，调整结构设计参数，对其进行有效模拟，同时对弹性环结构进行强度校核，保留足够的安全裕度。

2.2发动机核心机转子的支承刚度分析

针对试验器条件下核心机转子三支点位置的鼠笼结构、四支点位置的弹性环结构进行有限元分析，根据提供的发动机条件下的三、四支点支承刚度，调整结构设计参数，对其进行有效模拟，同时对鼠笼和弹性环结构进行强度校核，保留足够的安全裕度。

2.3设计参数敏感性研究

利用所建立的有限元模型，研究不同设计参数条件下弹性结构的支承刚度和强度特性，开展不同结构参数对刚度和强度的敏感性分析，为鼠笼和弹性环结构的进一步优化设计提供参考。

2.4弹性支承结构的静强度试验技术研究

对设计的弹性支承结构（鼠笼和弹性环）进行静刚度试验，获取不同载荷条件下的结构支承刚度，确定弹性结构的支承刚度是否存在线性特征和实际支承刚度是否满足设计需求。

2.5动态测试试验研究

对不同转速下振动信号进行测试与分析，获取转子的轴心轨迹、弹性线、频率成分和动态响应等，最后将试验结果与整机测试结果进行对比，并基于动力学相似方法，对设计结构参数进行修正。

三、主要指标

转子在试验器条件下与发动机条件下的临界转速相对误差≤10%。

四、研究周期

2020年3月～2022年12月