(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211038382.8 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 北京航空航天大 学 地址 100191 北京市海淀区学院路37号 (72)发明人 丁铭　吉洁　王波涛　颜冰　 (74)专利代理 机构 北京海虹嘉诚知识产权代理 有限公司 1 1129 专利代理师 吴小灿 (51)Int.Cl. G01J 5/06(2022.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差 矫正方法 (57)摘要 一种基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差 矫 正 方 法 ，通 过 获 取 先 验 参 数 ，搭 建 ComsolMultiphysics环境以构建与实际测 试中 对应的涡 轮叶片几何模型， 配置仿真软件所需接 口、 输入对应参数， 得到被测动叶片 的叶片旋转 位置区间内角度步长为u的m个位置上在测温设 备工作温度区间内温度步长为v的n个温度点下 的m×n组仿真结果， 求取不同位置、 温度区间的 反射辐射量， 求取不同位置、 温度区间的矫正辐 射量， 利用高温探测器实际测得的辐射量数据和 矫正辐射量对误差进行矫正， 对 校正后的辐射量 利用普朗克黑体辐射公式反解温度得到消除了 反射辐射误差的被测涡轮叶片表 面温度。 本发明 可实现对高温环境下受反射辐射影响的涡轮叶 片辐射测温误差的矫 正。 权利要求书1页 说明书6页 附图1页 CN 115265799 A 2022.11.01 CN 115265799 A 1.一种基于有限元的涡轮叶片反射辐射 误差矫正方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1， 依据涡轮叶片实际工况获取 先验参数用以设置 仿真参数； 步骤2， 搭建Com sol Multiphysics环境， 构建与实际测试中对应的涡轮叶片几何模型； 步骤3， 配置仿真软件所需接口， 输入对应参数， 得到被测动叶片的叶片旋转位置区间 内角度步长为u的m个位置上在测温设备工作温度区间内温度步长为v的n个温度点下的m × n组仿真结果， m和n均为 正整数； 步骤4， 求取m个位置中每一个位置下n个温度点 的反射辐射量Bsij， i＝1,2,...,n； j＝ 1,2,...,m； i为温度点序号， j为 位置序号； 步骤5， 求取m个位置下n个温度区间的矫 正辐射量 步骤6， 利用高温探测器实际测得的辐射 量数据和矫 正辐射量对误差进行矫 正； 步骤7， 对校正后的辐射量利用普朗克黑体辐射公式反解温度得到消除了反射辐射误 差的被测涡轮叶片表面温度T。 2.根据权利要求1所述的基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差矫正方法， 其特征在于， 所述步骤1中的涡轮叶片包括动叶， 前级导叶， 和后级导叶， 所述步骤1中包括以下参数： 叶 片温度， 环境温度， 叶片发射 率， 选定波长， 和波长带宽 。 3.根据权利要求1所述的基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差矫正方法， 其特征在于， 所述步骤2中的涡轮叶片几何模 型包含居中的三片动叶， 居 前的六片前级导叶， 和居后的六 片后级导叶。 4.根据权利要求1所述的基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差矫正方法， 其特征在于， 所述步骤3中由于涡轮叶片周期性旋转， 重点关注前级导叶一个间隙内位置变化对测得辐 射的影响； 所述叶片 旋转位置区间具体指 被测动叶恰好与一片前级导叶对齐的位置到被测 动叶旋转至与所述前级导叶相 邻的下一片前级导叶并与之对齐的位置； 所述测温设备工作 温度区间具体指辐射测温设备的量 程范围， 量 程上限大于被测叶片表面的最高温度。 5.根据权利要求1所述的基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差矫正方法， 其特征在于， 所述步骤4中包括： ΔBji＝Bsij‑Btij， 其中ΔBji是仿真理论差， Btij是由普朗克黑体辐射公式 推导得到的理论 值。 6.根据权利要求1所述的基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差矫正方法， 其特征在于， 所述步骤 5中包括： 从每个 位置下n个温度点中的第q个温度点开始取ΔBj(q‑p)到ΔBjq的平均 值， 结果记为 其中q≥2的整数， p＝1,2,. ..,n‑1； p<q。 7.根据权利要求1所述的基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差矫正方法， 其特征在于， 所述步骤6中包括： 将高温探测器测得的辐射量Bm与对应位置处仿真得到的辐射量Bsi依次 作差， 结果的最小值对应的仿真温度记为Ta， 则矫正后的辐射 量Bc＝Bm‑Bsi。 8.根据权利要求1所述的基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差矫正方法， 其特征在于， 所述步骤7中包括： 其中C1＝3.7418 ×10‑16W*m2， C2＝1.4388 ×10‑2m*K， λ为 选定波长， Δ λ为波长带宽， ε为被测叶片发射 率。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115265799 A 2一种基于有限元的涡轮叶片反射辐射误差矫正方 法 技术领域 [0001]本发明属于涡轮叶片辐射测温技术领域， 特别是一种基于有限元的涡轮叶片反射 辐射误差矫正方法。 背景技术 [0002]涡轮叶片是航空发动机 的核心部件之一， 工作在高温、 高压、 高转速、 强震的恶劣 环境下， 其表面温度一旦超过叶片材料的承受极限会给飞行器的安全运行带来极大的威 胁， 准确获得叶片表面温度分布可实现对其健康状态的实时监测与预防失效。 辐 射测温作 为一种新兴的测温技术， 测量精度高、 测温范围广、 可靠性强， 为获取涡轮叶片表面的温度 分布提供了最佳选择。 [0003]辐射测温是通过获取特定温度下叶片表面的辐射量， 再由普朗克黑体辐射定律推 算出目标温度的。 然而在涡轮叶片的复杂环境下， 探头获取到的辐射量不仅是自身的， 还包 含了背景、 前后级导叶及同级相邻叶片投射到被测叶片的辐射。 美国普惠公司Atkinson与 Strange在报告中指出， 第一级高压涡轮叶片中的反射能量在某些情况下可能会超过75％。 显然， 这种辐射能量入射到目标表面并反射， 与目标辐射量一起被高温探测器所接收， 会给 测量结果带来很大 的影响， 严重影响辐 射测温的精度， 因此对于反射辐 射误差的矫正十分 必要。 发明内容 [0004]本发明针对现有技术中存在的缺陷或不足， 提供一种基于有限元的涡轮叶片反射 辐射误差矫正方法， 通过获取先验参数， 搭建Comsol  Multiphysics环境以构建与实际测试 中对应的涡轮叶片几何模型， 配置仿真软件所需接口、 输入对应参数， 得到被测动叶片的叶 片旋转位置区间内角度步长为u的m个位置上在测温设备工作温度区间内温度步长为v的n 个温度点下的m ×n组仿真结果， 求取不同位置、 温度区间的反射辐射量， 求取不同位置、 温 度区间的矫正辐射量， 利用高温探测器实际测得的辐射量数据和矫正辐射量对误差进 行矫 正， 对校正后的辐射量利用普朗克黑体辐射 公式反解温度得到消除了反射辐射误差的被测 涡轮叶片表面温度。 [0005]本发明的技 术解决方案如下： [0006]一种基于有限元的涡轮叶片反射辐射 误差矫正方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： [0007]步骤1， 依据涡轮叶片实际工况获取 先验参数用以设置 仿真参数； [0008]步骤2， 搭建Comsol  Multiphysics环境， 构建与实际测试中对应的涡轮叶片几何 模型； [0009]步骤3， 配置仿真软件所需接口， 输入对应参数， 得到被测动叶片的叶片旋转位置 区间内角度步长为u的m个位置上在测温设备工作温度区间内温度步长为v的n个温度点下 的m×n组仿真结果， m和n均为 正整数； [0010]步骤4， 求取m个位置中每一个位置下n个温度点的反射辐射量Bsij， i＝1,2,...,n；说　明　书 1/6 页 3 CN 115265799 A 3