基于微波相位差测距的叶尖间隙动态测量方法

叶尖间隙参数的非接触、高精度、在线测量是保证航空发动机工作效率和运行安全的关键,传统的微波式叶尖间隙静态测量方法易受直流噪声干扰,存在测距模糊问题,信号采样点数时刻变化,直接影响了测量精度.提出了一种基于微波相位差测距原理的叶尖间隙参数动态测量方法.建立了微波式叶尖间隙测量信号模型,仿真分析了不同厚度以及凹腔叶片的信号强度和相位特征,提出了一种相位区域自适应截取、尺度调整、相关匹配、多项式拟合相融合的技术手段,解决了微波相位信号的测距模糊问题,实现了相位信号峰值位置的预估,减小了信号处理过程中的随机误差,实现了叶尖间隙参数的高精度动态测量.研制了基于微波相位差测距的叶尖间隙测量系统原理样机,在实验室环境下搭建了叶尖间隙信号动态测量的实验平台,开展了测量和标定实验.实验结果验证了所提方法的有效性和准确性,测量系统适用于不同厚度以及H形凹腔叶片的叶尖间隙参数测量,在动叶片转速3 000 r/min的模拟工作环境下,0.5～3 mm量程内,不同厚度及H形凹腔叶片的叶尖间隙动态测量精度均优于40μm;且针对2 mm厚度的叶片,当模拟的叶片转速高达24 000 r/min时,0.5～3 mm量程内的测量精度仍然优于60 μm.