近日，南京航空航天大学周瑾教授团队在温度控制领域取得新进展。相关研究成果以“Spatial temperature control system for reproducing typical operating conditions of turbine rotor systems”为题被《ISA Transactions》录用。南京航空航天大学为论文第一完成单位，赵亚正博士为论文第一作者，周瑾教授为通讯作者，李沅珂硕士、江雨霖博士和李朝峰教授参与了本项研究。 

涡轮转子运行过程中经历稳态运行、冷启动、热启动及停机冷却等多种工况，形成复杂的空间温度分布与瞬态温度变化过程。在试验中准确模拟典型工况下的温度场，是开展转子热变形、热应力及热致振动研究的重要基础。然而，传统加热方法在多区域温度调节、温度梯度复现及动态跟踪等方面存在一定局限，另外，各温控区域之间存在热耦合使温度场的精准控制面临挑战。 

针对上述问题，研究团队设计了一种环形多区石英灯加热平台，通过沿转子周向布置石英灯，实现对转子目标区域的环绕式加热。进而，构建了由温度传感器、温度隔离变送器、控制器及晶闸管调压器组成的多通道闭环温控系统，实现对转子不同区域温度的独立调节与协调控制。针对不同加热区域之间的强耦合特性，建立了多输入多输出温度系统模型，并利用阶跃响应试验与最小二乘法辨识系统增益、时间常数及时间延迟等关键参数。模型与试验结果具有良好的一致性，拟合优度R²均不低于94%。在此基础上，进一步设计了融合抗积分饱和与解耦补偿的PID控制策略，以抑制通道间的热耦合影响，提升温度跟踪精度与动态响应性能。 

试验结果表明，所提出的温控方法能够有效复现涡轮转子在稳态运行、冷启动、热启动及停机冷却等典型工况下的温度变化过程与空间分布特征，为复杂高温环境下航空发动机、燃气轮机等高端动力装备的热变形、热应力演化及热致振动研究提供试验平台与方法支撑，对深入认识温度场与转子动力学行为之间的耦合关系具有重要意义。

图1 环形多区石英灯加热平台

图2 多通道温度控制系统

图3 不同控制方法下的温度跟踪效果对比

图4 冷启动瞬态温度工况下试验结果

论文链接：待更新。