渦輪導葉片表面MEMS高溫測量技術

段 力，姬中林，翁昊天，李繼保，林宇震，曹學強

（1.上海交通大學電子信息與電力工程學院，上海200241；2.中國航發商用航空發動機有限責任公司，上海 200240；3.北京航空航天學院能源動力與工程學院，北京100191；4.武漢理工大學材料科學與工程學院，武漢430070）

在航空發動機關鍵部位安放測量溫度與應力、壓力與熱流量等關鍵參數的傳感器對于研發高效能航空發動機以及航空發動機的智能化具有重要的促進作用[1–4]。傳統的溫度傳感器體積偏大，對氣流環境

造成了影響，而且安裝工藝復雜 ，不容易安裝在發動機某些特定的部位，比如有一定曲率的渦輪葉片表面[5]。而利用MEMS（Micro Electric Mechanical System）微制造技術制作的薄膜型傳感器厚度只在微米的量級，可以集成在一些關鍵部位而不會給發動機運行環境造成擾動[3]，從而得到準確的航空發動機運行參量，如溫度、應力、熱通量等，為航空發動機的研發與智能化提供實時和實地的數據和設計開發依據。MEMS 技術是借助于集成電路工藝的蓬勃發力衍生出來的微納制造技術[6–8]，使用光刻的方法將微圖案轉印在渦輪葉片表面，然后利用化學或物理氣相沉積的方法在基底材料上淀積與刻蝕各種功能薄膜并形成特定的微結構傳感器和器件。MEMS 傳感器中的關鍵詞是微，尺度往往在微米與毫米之間，對分米厘米尺度的常規渦輪發動機元件表面的物理參量監控，不會造成對氣流流場性能的影響，而且可以實現定點測量，提高了測量精度，亦為實現點陣分布式測量提供了可行性。……