涡轮叶片作为航空发动机的核心部件,主要是将热能转化为动能,涡轮叶片工作在高温、高压、高应力、高速等极其恶劣的环境下,涡轮叶片是否可靠对安全生产、飞行至关重要。为了提高其安全性能及使用寿命,在叶片表面覆盖热障涂层,热障涂层由陶瓷层、粘接层和镍基高温合金基体组成。伴随着服役时间的增长,粘接层厚度和陶瓷层厚度都会减薄,并在高温下氧化产生氧化物,导致隔热性变差,更严重会导致陶瓷层的脱落,导致热障涂层失效。因此,热障涂层厚度的检测对监测航空发动机的健康状况及其寿命的预测具有十分重要的作用。由于热障涂层中粘接层电导率低,常规涡流的分辨率不足以测量其厚度,本文提出了一种基于高频涡流来检测热障涂层厚度的新方法。主要成果如下:首先,建立了平面螺旋线圈高频涡流的解析模型,根据Maxwell方程组引入矢量磁位,得到了空气中单匝线圈的磁场解析模型;接着,应用叠加定理得到了平面螺旋线圈在空气中的磁场解析模型;然后利用电磁场的反射理论,得到了在任意层导电试件上的平面螺旋线圈涡流场的积分解析模型;随后,基于法拉第电磁感应定律及欧姆定律,建立了平面螺旋线圈高频涡流场阻抗变化量的积分解析模型,进行了实验和有限元仿真验证;最后分析了厚度测量的影响因素,研究发现,提离、电导率等都会对热障涂层厚度测量结果产生影响,而热障涂层中的介电常数对厚度检测结果的影响可以近似忽略不计。然后,提出了基于峰值频率的粘接层厚度测量方法,能够抑制提离和陶瓷层厚度变化对检测结果的影响。研究发现,激励频率为1MHz-20MHz时,电感虚部在特定频率处出现峰值,而且随着粘接层厚度的不同,峰值大小和峰值频率都会发生变化。陶瓷层厚度变化不会对涡流信号电感虚部的峰值频率产生影响。最后,提出了基于解析模型的TBC厚度测量方法。采用扫频1-20MHz分析了不同试件在不同激励频率时的误差。为了减小反演结果的误差,选取一个标准试件对算法进行校准。结果表明基于解析模型的TBC厚度测量方法能够同时测量陶瓷层和粘结层厚度,且测量误差不超过5%。本文提出了两种厚度检测方法,第一种方法是通过寻找不同厚度处的特征值来实现热障涂层中粘接层厚度的测量,此方法仅能检测粘结层厚度,对粘接层厚度测量的准确度高,检测速度快;第二种方法是基于解析模型的反演法,能够分别测量热障涂层中陶瓷层厚度和粘接层厚度,且不需要数据处理,但是速度慢,准确度相对较低。该论文有图63幅,表26个,参考文献107篇。