中新網(wǎng)西安5月8日電 (記者 阿琳娜)航空發(fā)動(dòng)機(jī)要“更有勁”，葉片就必須更高效地對(duì)空氣做功；飛機(jī)要飛得遠(yuǎn)、飛得穩(wěn)，葉片又必須更輕、更省重。問題在于：推力越大，葉片越輕，單片葉片承受的氣動(dòng)載荷就越逼近它的物理極限，一旦某個(gè)點(diǎn)的受力超過材料承受能力，就可能誘發(fā)振動(dòng)甚至葉片斷裂。

　　如何找到這個(gè)最危險(xiǎn)的受力點(diǎn)？傳統(tǒng)的氣動(dòng)載荷測(cè)量方法像拿著聽診器做診斷：把傳感器一個(gè)個(gè)粘在葉片表面，甚至打孔、走線，不僅風(fēng)險(xiǎn)高、效率低，測(cè)點(diǎn)還很有限。三個(gè)關(guān)鍵問題始終沒有答案：載荷到底在哪里最大？什么時(shí)候開始異常？整片葉片的分布是什么樣？這正是高速旋轉(zhuǎn)葉片測(cè)量的核心痛點(diǎn)。

　　為此，西北工業(yè)大學(xué)動(dòng)力與能源學(xué)院高性能壓氣機(jī)團(tuán)隊(duì)(逆壓行者)推出航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)載荷可視化系統(tǒng)，旨在將“點(diǎn)測(cè)量”升級(jí)為“光學(xué)CT式”的全局成像測(cè)量，為下一代發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)與安全驗(yàn)證提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

　　目前，該系統(tǒng)已在多家航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究所交出了亮眼的成績單：在中國航發(fā)624所、606所及中國直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所等單位，覆蓋風(fēng)洞/試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試、典型工況數(shù)據(jù)庫構(gòu)建與在役排故支撐等場(chǎng)景，系統(tǒng)性能得到了充分驗(yàn)證。

　　綜合應(yīng)用結(jié)果表明，該系統(tǒng)在三個(gè)方面表現(xiàn)優(yōu)異。精度硬指標(biāo)：在高速葉片條件下實(shí)現(xiàn)載荷定性測(cè)量，在常規(guī)風(fēng)洞場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)誤差優(yōu)于1.1%定量測(cè)量；工況硬指標(biāo)：可實(shí)現(xiàn)從低速到高速來流的精細(xì)化測(cè)量，適應(yīng)超/亞音氣流沖刷與超過8000rpm轉(zhuǎn)速等典型嚴(yán)苛工況；效益硬指標(biāo)：憑借“噴涂+成像+解算”的全局測(cè)量方式，應(yīng)用過程中實(shí)現(xiàn)單次測(cè)量成本降低近40%、數(shù)據(jù)量提升5000倍、突破現(xiàn)有測(cè)量盲區(qū)。

　　這項(xiàng)光學(xué)“CT”究竟是如何實(shí)現(xiàn)的？秘訣就在于環(huán)環(huán)相扣的三步——一次噴涂、一次成像、一次解算，就能讓高速旋轉(zhuǎn)葉片上的氣動(dòng)載荷像影像一樣清晰可見。

　　第一步：涂料反應(yīng)快，能實(shí)時(shí)將載荷變化轉(zhuǎn)換為圖像。要讓看不見的載荷變成圖像，首先得完成這種轉(zhuǎn)換。團(tuán)隊(duì)采用了一種會(huì)發(fā)光的壓力敏感涂料，它能像皮膚一樣緊貼葉片，實(shí)時(shí)將壓力變化轉(zhuǎn)譯成光信號(hào)。但要在1.5馬赫(即1.5倍音速)的氣流沖刷下，以每秒數(shù)千次的頻率響應(yīng)給出數(shù)據(jù)，對(duì)涂料的考驗(yàn)極大。團(tuán)隊(duì)通過千百次實(shí)驗(yàn)，終于讓涂料既扛得住狂風(fēng)，又反應(yīng)神速，為高速旋轉(zhuǎn)葉片的測(cè)量打牢基礎(chǔ)。

　　第二步：成像能定格，給高速葉片拍出無影照。葉片一轉(zhuǎn)就是每秒幾百轉(zhuǎn)，普通相機(jī)拍出來全是拖影。如果照片是糊的，再快的翻譯也無用。為此，團(tuán)隊(duì)引入鎖相累積技術(shù)——就像給高速攝像機(jī)裝上一只精準(zhǔn)的機(jī)械快門，只等葉片轉(zhuǎn)到特定角度時(shí)才打開，反復(fù)捕捉微弱信號(hào)并疊加成一張清晰的照片。這項(xiàng)能力覆蓋了現(xiàn)有航空發(fā)動(dòng)機(jī)的全部轉(zhuǎn)速范圍，讓高速飛旋的葉片在鏡頭里像靜止一樣，讓熒光信號(hào)清晰無損地被記錄下來，為載荷解算提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)。

　　第三步：解算更聰明，把2D熒光重構(gòu)為3D載荷云圖。最后一步，也是最關(guān)鍵的一步：如何把熒光照片變成工程師能直接使用的載荷數(shù)據(jù)？團(tuán)隊(duì)建立了一套高精度的標(biāo)定體系，精準(zhǔn)建立了熒光亮度與壓力分布之間的映射關(guān)系。但這還不夠，二維的翻譯只能給出平面上的載荷分布，葉片是立體的，載荷分布也必須是立體的。團(tuán)隊(duì)融合了雙目視覺原理：就像人的兩只眼睛能判斷距離一樣，通過雙視角拍攝，直接從2D熒光計(jì)算出3D氣動(dòng)載荷分布，實(shí)現(xiàn)一鍵重構(gòu)。最終呈現(xiàn)在工程師面前的，不再是晦澀的數(shù)字或曲線，而是一幅幅色彩斑斕、直觀易懂的載荷云圖，從而完成了從技術(shù)到工具的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變。

　　目前，團(tuán)隊(duì)已形成整套測(cè)量系統(tǒng)為主、涂料耗材與數(shù)字服務(wù)為輔的產(chǎn)品供給策略，并完善供應(yīng)鏈，力爭(zhēng)滿足不同客戶的工程需求。更關(guān)鍵的是：相較傳統(tǒng)大量傳感器布點(diǎn)的方式，這套系統(tǒng)以“大面積噴涂+一次性全局測(cè)量”的方式，正在把復(fù)雜測(cè)試變得更快、更省、更安全。未來，在汽車、低空飛行器、壓縮機(jī)、風(fēng)力機(jī)等行業(yè)，這項(xiàng)技術(shù)同樣有望帶來一場(chǎng)測(cè)試范式的升級(jí)——讓更多高速旋轉(zhuǎn)的葉片，從點(diǎn)測(cè)量走向全局成像。(完)