新技术：用激光对涡轮发动机关键参数进行高保真测量

6月19日，普惠公司（Pratt ＆ Whitney）和弗吉尼亚理工大学（Virginia Tech）宣布成功演示了一项开创性的新技术，该技术可以使用激光来计算推力，从而实现对燃气涡轮发动机关键参数（包括速度、温度和密度）的高精度、高保真测量。

据悉，这种新的光学仪器技术被称为“过滤瑞利散射推力测量”（FRST），该装置可以投射一“片”激光穿过入口和排气的整个平面区域。与传统的传感器和探针相比，它具有显著的优势——能够支持更高效的发动机核心技术的开发，并且由于其高保真度的测量能力，还可以检测飞行中的非二氧化碳颗粒排放。

最近，研究团队已经在弗吉尼亚理工大学Pratt Whitney卓越中心的测试发动机上成功演示了这种滤过瑞利散射推力测量（FRST）技术，它有望帮助研究人员们获得更丰富、更高质量的数据。

普惠公司工程与技术高级副总裁Geoff Hunt表示：“使用激光和光学传感器的能力，代表了发动机仪表技术向前迈出的重要一步，也是弗吉尼亚理工大学普惠卓越中心长期合作的证明。FRST为测量一系列发动机指标提供了一种侵入性更小、成本效益更高的方法。我们看到了FRST在推进燃气轮机推进技术方面令人兴奋的潜力，特别是涉及更小、更高效的发动机核心，这是我们下一代军用和可持续商业发动机的关键。”

这项FRST技术目前正在申请专利，利用的是瑞利散射原理。它利用紫外线光谱，并依靠空气分子经过激光照射区域时散射回来的光，从而提供有关气体流场的信息，最终就可以精确地推导出推力。

他们从瑞利散射中得到的信号，将所有关于速度、温度和密度的信息转化成为了光谱的形式。来自高功率激光器的光，会通过光纤电缆系统传输到有限的进口或出口。安装在进气道或排气管周围的凹口过滤器传感器也能将反射光传送回远程安装在机舱内的摄像头。这些散射会被高性能摄像机记录下来，并“过滤”了信号中的破坏。然后，来自相机的光学数据被传输到处理器进行光谱分析。

放在以往，传统传感器和探头是很难安装的，并且会导致气流堵塞（只能测量气体路径中离散部分的流量），特别是在空间有限的小型发动机核心上。而有了FRST光学仪器，工程团队将有望省掉传统传感器和探头。

此外，FRST还提供了测量非二氧化碳颗粒排放的优势，这可能有助于整个行业了解并减轻这些气体排放对环境的影响，特别是在“尾迹”形成方面。

弗吉尼亚理工大学航空航天工程教授Todd Lowe表示：“虽然瑞利散射的原理为世人所了解已有几个世纪之久，但普惠公司和弗吉尼亚理工大学的工程师们利用在计算能力、激光和相机技术方面的最新进步，首次成功地将其应用于涡轮风扇发动机上。随着我们致力于推进FRST的飞行演示，我们预计该技术将在飞机发动机的开发和认证中带来其他应用。”

普惠公司和弗吉尼亚理工大学在推进技术开发方面有着长期的合作，重点是先进仪器。双方的联合研究小组在弗吉尼亚理工大学的小型商务喷气发动机上（包括霍尼韦尔TFE731和普惠加拿大PW300）成功地使用FRST光学技术测量了发动机推力，并获得了与传统传感器和探针相近的精度。目前该团队正致力于对这项技术进行飞行开发测试。

来源：OFweek