西工大团队研发光学"CT"技术攻克航空发动机叶片测量难题

本报讯（记者　任娜）作为飞机“心脏”的航空发动机，叶片受力难题一直是行业瓶颈。5月7日记者获悉，西北工业大学动力与能源学院高性能压气机团队（逆压行者），首创航空发动机气动载荷可视化系统，实现叶片全域受力精准成像，为下一代发动机的设计与安全验证提供关键技术支撑。

航空发动机要“更有劲”，叶片就必须更高效地对空气做功。飞机要飞得远、飞得稳，叶片又必须更轻、更省重。这是个极具挑战的技术矛盾：推力越大、叶片越轻量化，单片叶片承受的气动载荷就越接近材料本身的物理极限。一旦局部受力超过材料可承受范围，就可能引发叶片振动，严重时甚至会导致叶片断裂。如何找到这个最危险的受力点？传统气动载荷测量方法下，载荷到底在哪里最大？什么时候开始异常等关键问题一直没有答案。这正是高速旋转叶片测量的核心痛点。

为此，西北工业大学推出航空发动机气动载荷可视化系统，将“点测量”升级为“光学CT式”全局成像测量。

这项光学“CT”究竟如何实现？秘诀就在于环环相扣的三步：一次喷涂、一次成像、一次解算，就能让高速旋转叶片上的气动载荷清晰可见。首先，团队采用会发光的压力敏感涂料，像皮肤一样紧贴叶片，实时将压力变化转译成光信号。在1.5马赫气流冲刷下，以每秒数千次频率响应给出数据，涂料考验极大。团队经过千百次实验，让涂料既扛得住高速冲刷又反应神速，为测量打下基础。其次，团队引入锁相累积技术，如同给高速摄像机装上精准快门，只在叶片转到特定角度时打开，反复捕捉信号并叠加成清晰照片。该能力覆盖现有发动机全部转速范围，让高速旋转叶片在镜头中近乎静止，荧光信号清晰无损被记录，为载荷解算提供高质量数据。团队还建立高精度标定体系，精准建立荧光亮度与压力分布的映射关系。同时融合双目视觉原理，通过双视角拍摄，从2D荧光计算出3D气动载荷分布，实现一键重构。最终呈现给工程师的，是直观易懂的载荷云图，完成从技术到工具的关键转变。

目前，该系统已在多家航空发动机研究所完成验证，性能得到充分认可。结果表明，系统在高速叶片条件下实现载荷定性测量，常规风洞定量测量误差优于1.1%；可实现从低速到高速来流精细化测量，适应超/亚音气流冲刷与8000rpm（每分钟转数）以上严苛工况。凭借“喷涂+成像+解算”模式，单次测量成本降低近40%、数据量提升5000倍，突破现有测量盲区。