航空发动机高压涡轮的工作环境极为苛刻。涡轮盘腔内部件需要承受高温燃气的热冲击，为防止这些高温气体通过轮缘密封间隙进入腔室，发动机会从压气机引一部分高压空气作为封严气体，像一道气帘一样封住轮缘间隙。按照经典理论，封严气体流量越大，密封效果应该越好，入侵程度持续下降。

但实际实验发现，在某些特定工况下，密封效果并不按常理变化。随着封严流量增加，密封有效性曲线会出现一个明显的拐点，入侵程度突然加剧，密封性能不升反降。这种现象被称为“放大入侵”（Amplified Ingress）。

放大入侵一旦发生，会导致涡轮盘和腔室内部件温度异常升高，加速材料蠕变和疲劳损伤，直接威胁发动机的可靠性和寿命。更令人困扰的是，这个问题从上世纪末首次被发现以来，过去十几年，工程师始终没搞清它的物理机制，连CFD仿真也无法复现。

01 突破口：压力波同步假说

英国巴斯大学的研究团队在1.5级轴流涡轮实验台上开展了系统性的实验研究。该实验台采用真实缩比叶片和静子叶片，能够独立控制封严流量和主流流量系数，并可在有/无下游叶片或静子叶片的构型之间切换。

研究团队提出并验证了一项核心假说：放大入侵的根本原因，是轮缘密封腔室内非定常压力场的旋转速度，与主流环形通道中由叶片或静子叶片引起的周向压力波动发生“同步”。当两者旋转速度一致时，腔室内的压力波和主流压力波会叠加增强，使剪切驱动的大尺度旋转结构（气旋-反气旋涡对）强度大幅增加，径向流体运动加剧，最终导致入侵被显著放大。

要验证这个假说，最关键的环节是精确测量腔室内大尺度旋转结构的实时旋转速度，并与叶片或静子叶片的通过频率进行比对。

02 Kulite传感器的配置方案与安装细节

为获取腔室内非定常压力信号，研究团队在实验台上安装了两只Kulite XCS-062微型动态压力传感器。

产品特点：
Kulite XCS-062是一款超小型齐平安装式差压传感器，其主要特点是体积小、频响高、抗振性好。

该传感器直径仅1.7毫米，可以在不显著干扰流场的前提下，安装在狭窄的轮缘密封腔室内壁。传感器采用Kulite独有的硅基硅集成传感器技术，具备较高的灵敏度和信噪比，适用于旋转机械等强振动、高瞬态压力变化的测量环境。

安装方法：

两只传感器分别安装于上游腔室（转子前侧）和下游腔室（转子后侧）的轮缘密封内壁，径向位置为 r/b = 0.993（接近密封出口），两只传感器在周向上相隔 7.6度。这一布局使得同一旋转结构经过两只传感器时会产生一个固定的时间差，通过计算这个时间差即可推算出结构的旋转速度。

实验时涡轮转速设定为3000 rpm，转子叶片数为48，叶片通过频率为2.4 kHz。传感器以100 kHz的采样率进行连续采集，每次采样时长为10秒，相当于完整记录了500圈转子的全部压力脉动数据。采集系统中设置了50 kHz的低通滤波器，确保满足采样定理，避免信号混叠。

03 从压力信号到旋转速度：Kulite数据如何被分析使用

两只Kulite传感器采集到的压力信号，经过离散傅里叶变换后，可以在频域中识别出腔室旋转不稳定性对应的主频。实验发现，上游腔室的压力信号在无量纲频率 f/fd = 25 到 29 范围内呈现高斯分布特征，这与腔室内旋转结构的数量（约24到28对）和转速范围相对应。

研究团队对两只Kulite传感器的压力时域信号进行互相关分析。两只传感器周向位置固定，同一旋转结构经过时会产生可测量的滞后时间。通过互相关函数峰值确定滞后时间，结合传感器周向间隔角度，推算出旋转结构角速度，再除以圆盘角速度得到无量纲转速β*。

由于腔室内旋转结构具有非周期性，β为一个范围。团队在频谱分析基础上，用峰值检测算法识别主频，以巴特沃斯滤波器截取信号片段进行逐次互相关计算，获得每个工况下β的最大值、最小值和代表值。

团队还将Kulite测量结果与气动探针测得的主流涡旋和腔室涡旋数据进行交叉验证，两者趋势高度一致，证实了测量结果的可靠性。

04 实验结果：同步发生，入侵放大

1上游腔室（转子前方）

在固定流量系数的条件下，β* 随封严流量增加而减小。当 β* 趋近于 1 时，腔室内的压力波动与转子叶片的旋转完全同步。此时，由入侵波模型导出的非定常强度系数 ΦA 达到局部最大值，密封有效性曲线出现明显拐点，入侵被显著放大。

在 CF = 0.300 的工况下，β* 始终低于 0.9，未达到同步条件，因此未观察到放大入侵。而在 CF = 0.350 和 CF = 0.407 的工况下，β* 随封严流量变化跨越了 β*=1 的同步点，这两个工况下均出现了明显的放大入侵。

2 下游腔室（转子后方）

下游腔室的同步条件完全不同。由于下游环形通道中的周向压力变化由静止的静子叶片产生，其频率为零，因此同步发生在 β*=0 时，即旋转结构在绝对坐标系中静止。

在 Φ0=0.018 的工况下，β* 在整个流量系数范围内均接近 0，因此下游腔室的放大入侵覆盖了更宽的工况范围，且影响程度比上游腔室更为显著。这与静子叶片产生的静止压力波更容易在腔室内形成稳定叠加有关。

巴斯大学研究团队通过Kulite XCS-062微型动态压力传感器的精确测量，成功揭示了轮缘密封放大入侵的物理机理：腔室压力波与主流压力波的同步叠加是导致入侵放大的直接原因。这一发现为困扰行业十余年的问题给出了明确答案，也为发动机设计人员提供了可工程化应用的预测准则。

Kulite传感器在极端工况下的高频响特性，确保了腔室内部非定常压力信号的精确捕获，是本研究得以成功的关键所在。邦盟可提供Kulite系列压力传感器及Gensors数据采集系统等配套产品，并且能够从传感器选型、系统集成到现场测试为客户提供全流程支持。可满足涡轮机械动态压力测试和旋转流场诊断等场景的多样化需求。