航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台制造技术

本发明专利技术属于航空发动机风扇转子技术领域，具体设计一种航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台。该试验平台由风扇转子试验器(1)、风扇叶片动应力测量单元(2)、试验防护单元(3)、外物发射装置(4)组成；所述的风扇转子试验器(1)采用“双支点+叶盘悬臂”转子结构形式，该试验平台具备更换试验叶片，能够发射各类材质、大小、速度的外物，能够模拟各种工况下发动机风扇/压气机叶片遭遇外物撞击过程，并具备测量获取外物撞击瞬间转子转速波动、叶片动应变、转子振动等关键参数。该试验平台为研究风扇叶片动力学响应、叶片损伤容限研究以及转子运转健康状态实时监测技术研究提供重要的试验平台。

【技术实现步骤摘要】
航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台
本专利技术属于航空发动机风扇转子
，具体设计一种航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台。
技术介绍
当飞机起飞、降落或低空飞行时，沙石、石块、飞鸟等外来物有可能撞击在发动机前端的风扇叶片或其它部位，给发动机的性能和结构带来不利影响，甚至是十分严重的非包容性后果，甚至造成灾难性的空难事故。基于叶尖定时原理，通过在风扇机匣上布置叶尖振动传感器，可以识别出风扇叶片是否遭遇FOD事件。FOD监测识别技术对于提高飞行安全和战斗效率、提高发动机战备完整性和风扇叶片损伤容限设计具有重要的意义。要将FOD监测识别技术应用于飞行中，首先需要在试验室阶段全面掌握该监测识别技术，建立FOD监测识别方法，并对该技术进行全面的验证评估。由于FOD监测识别技术涉及传感器的布置、外物撞击监测识别算法研究、监测报警参数及阈值的智能确定等关键技术。上述关键环节都与风扇叶片的结构及动力学特性密切关联，不同的风扇叶片、转子转速、撞击外物特征参数都会影响叶尖瞬态振动特性，如何布置传感器位置、建立最优的监测识别算法、确定高准确度的报警参数及阈值，都需要在风扇转子平台开展大量的外物撞击试验，分析其关联规律才能够攻克并确定。而目前国内尚未研制出风扇叶片外物撞击试验平台。
技术实现思路
本专利技术的目的是：设计一套航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台，获取真实发动机叶片遭遇外物撞击瞬间风扇叶片瞬态振动响应及规律、叶片振动响应与撞击外物速度、质量、材质之间的规律关系，为发动机叶片抗损伤容限设计及外物撞击识别监测提供数据。为解决此技术问题，本专利技术的技术方案是：一种航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台，所述的航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台由风扇转子试验器1、风扇叶片动应力测量单元2、试验防护单元3、外物发射装置4组成；所述的风扇转子试验器1、风扇叶片动应力测量单元2位于试验防护单元3内部，风扇叶片动应力测量单元2装配在风扇转子试验器1上；外物发射装置4位于风扇转子试验器1的正前方叶片旋转区域内；所述的风扇转子试验器1采用“双支点+叶盘悬臂”转子结构形式，由风扇叶片11、整体叶盘-转轴单元12、滑环引电器安装轴13、风扇转轴14、前轴承支承-润滑单元15、后轴承支承-润滑单元16、电机驱动控制单元17、铸铁试验平台18组成；所述的风扇叶片11、整体叶盘-转轴单元12、滑环引电器安装轴13连接并固定连接在风扇转轴14上；所述的风扇转轴14支撑在前轴承支承-润滑单元15和后轴承支承-润滑单元16上；所述的前轴承支承-润滑单元15和后轴承支承-润滑单元16固定在铸铁试验平台18上；所述的风扇叶片动应力测量单元2由布置于风扇叶片11上的三向应变计21、滑环引电器22、滑环引电器安装轴23、应变采集器24组成；所述的三向应变计21与滑环引电器22的转子端连接；所述的滑环引电器22装配在滑环引电器安装轴23上，滑环引电器22定子端线缆接入应变采集器24上；所述的试验防护单元3对外物撞击试验起防护作用；所述的外物发射装置4由伺服驱动电机41、弹簧42、发射管43、固定台架44、炮体位置调节装置45、弹体46组成；所述的伺服驱动电机41、弹簧42、发射管43依次相连在同一轴线上，伺服驱动电机41带动弹簧42产生发射动力；弹簧拉杆42采用螺纹形式与发射管43相连，并固定在固定台架44上；所述的弹体46固定在发射管43内部；炮体位置调节装置45安装在固定台架44下面，用于调整外物发射装置4的高度与角度。所述的风扇叶片11、整体叶盘-转轴单元12、滑环引电器安装轴13采用整体叶盘加工一体成型，以“销钉周向定位+圆柱面径向定位”的配合方式，依靠托板螺栓固定连接在风扇转轴14上。采用整体加工成型的叶盘能够避免分体加工后组装时工艺和结构强度不足的问题。所述的三向应变计21粘贴在风扇叶片11背面中部，采用“1/4应变桥路”接入滑环引电器22的转子端。所述的滑环引电器22采用“小间隙配合+螺钉”方式装配在滑环引电器安装轴23上。所述的电机驱动控制单元17中的电机通过花键轴将扭矩与动力传给风扇转轴14。所述的试验防护单元3包括：带喇叭口防护钢制框架、固定在框架内的硬纸橡胶块、测试线缆保护附件。避免风扇转子试验器1试验过程中异物飞出造成的严重意外情况。本专利技术的优点是：设计了一套航空发动机风扇叶片外物撞击监测识别演示验证试验平台，为开展风扇叶片外物撞击监测识别技术研究提供了关键的试验平台，以及重要的试验参数支持。该试验平台设计充分考虑了风扇叶片弯扭结构带来的气体激振力、转子转速高等特点，叶片遭遇外物撞击类型的多样性，使后续外物撞击试验更接近真实发动机外物撞击事件；接触式叶片应变测试系统能够为非接触式FOD监测识别技术研究提供准确参照基准，加快并提高了FOD监测识别技术的工程化、实用性。附图说明图1航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台结构示意图；图2风扇转子试验器结构示意图图；图3风扇叶片动应力测量单元示意图；图4外物发射装置结构示意图；图5风扇叶片三维示意图；图6试验平台操作控制流程图；其中，1为风扇转子试验器、2为风扇叶片动应力测量单元、3为试验防护单元、4为外物发射装置、11为风扇叶片、12为整体叶盘-转轴单元、13为滑环引电器安装轴、14为风扇转轴、15为前轴承支承-润滑单元、16为后轴承支承-润滑单元、17为电机驱动控制单元、18为铸铁试验平台、21为三向应变计、22为滑环引电器、23为滑环引电器安装轴、24为应变采集器、41为伺服驱动电机、42为弹簧、43为发射管、44为固定台架、45为炮体位置调节装置、46为弹体。具体实施方式下面结合附图描述本专利技术的航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台的结构，并描述设计思路与实施方法。航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台结构示意图如图1所示，主要包含以下部分：风扇转子试验器1、风扇叶片动应力测量单元2、试验防护单元3、外物发射装置4。风扇转子试验器1、风扇叶片动应力测量单元2位于试验防护单元3内部，试验防护单元对外物撞击试验起防护作用；风扇叶片动应力测量单元2示意图如图3所示，装配在风扇转子试验器1上；外物发射装置4示意图如图4所示，位于风扇转子试验器1的正前方叶片旋转区域内。风扇转子试验器1结构示意图如图2所示，包括：风扇叶片11、整体叶盘-转轴单元12、滑环引电器安装轴13、风扇转轴14、前轴承支承-润滑单元15、后轴承支承-润滑单元16、电机驱动控制单元17、铸铁试验平台18，其中风扇叶片11三维示意图如图5所示。风扇转子试验其1采用“双支点+叶盘悬臂”结构形式，风扇叶片11、整体叶盘-转轴单元12、滑环引电器安装轴13整体加工成型，以“销钉周向定位+圆柱面径向定位”的配合方式，依靠托板螺栓固定连接在风扇转轴14上。风扇转轴14支撑在前轴承支承-润滑单元15和后轴承支承-润滑单元16上，前轴承支承-润滑单元15和后轴承支承-润滑单元16固定在铸铁试验平台18上；电机驱动控制单元17中的电机通过花键轴将扭矩与动力传给风扇转轴14。采用“双支点+叶盘悬臂”结构形式，一能够保证风扇转子试验器1的动力学稳定性，二具有可更换各种类型的叶盘，具有良好的通用性。优选整体叶盘加工，相比分体加工方式可减少试验器的零件数、大幅度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台，其特征在于：所述的航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台由风扇转子试验器(1)、风扇叶片动应力测量单元(2)、试验防护单元(3)、外物发射装置(4)组成；所述的风扇转子试验器(1)、风扇叶片动应力测量单元(2)位于试验防护单元(3)内部，风扇叶片动应力测量单元(2)装配在风扇转子试验器(1)上；外物发射装置(4)位于风扇转子试验器(1)的正前方叶片旋转区域内；所述的风扇转子试验器(1)采用“双支点+叶盘悬臂”转子结构形式，由风扇叶片(11)、整体叶盘‑转轴单元(12)、滑环引电器安装轴(13)、风扇转轴(14)、前轴承支承‑润滑单元(15)、后轴承支承‑润滑单元(16)、电机驱动控制单元(17)、铸铁试验平台(18)组成；所述的风扇叶片(11)、整体叶盘‑转轴单元(12)、滑环引电器安装轴(13)连接并固定连接在风扇转轴(14)上；所述的风扇转轴(14)支撑在前轴承支承‑润滑单元(15)和后轴承支承‑润滑单元(16)上；所述的前轴承支承‑润滑单元(15)和后轴承支承‑润滑单元(16)固定在铸铁试验平台(18)上；所述的风扇叶片动应力测量单元(2)由布置于风扇叶片(11)上的三向应变计(21)、滑环引电器(22)、滑环引电器安装轴(23)、应变采集器(24)组成；所述的三向应变计(21)与滑环引电器(22)的转子端连接；所述的滑环引电器(22)装配在滑环引电器安装轴(23)上，滑环引电器(22)定子端线缆接入应变采集器(24)上；所述的试验防护单元(3)对外物撞击试验起防护作用；所述的外物发射装置(4)由伺服驱动电机(41)、弹簧(42)、发射管(43)、固定台架(44)、炮体位置调节装置(45)、弹体(46)组成；所述的伺服驱动电机(41)、弹簧(42)、发射管(43)依次相连在同一轴线上，弹簧拉杆(42)采用螺纹形式与发射管(43)相连，并固定在固定台架(44)上；所述的弹体(46)固定在发射管(43)内部；炮体位置调节装置(45)安装在固定台架(44)下面，用于调整外物发射装置(4)的高度与角度。...

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台，其特征在于：所述的航空发动机风扇叶片外物撞击试验平台由风扇转子试验器(1)、风扇叶片动应力测量单元(2)、试验防护单元(3)、外物发射装置(4)组成；所述的风扇转子试验器(1)、风扇叶片动应力测量单元(2)位于试验防护单元(3)内部，风扇叶片动应力测量单元(2)装配在风扇转子试验器(1)上；外物发射装置(4)位于风扇转子试验器(1)的正前方叶片旋转区域内；所述的风扇转子试验器(1)采用“双支点+叶盘悬臂”转子结构形式，由风扇叶片(11)、整体叶盘-转轴单元(12)、滑环引电器安装轴(13)、风扇转轴(14)、前轴承支承-润滑单元(15)、后轴承支承-润滑单元(16)、电机驱动控制单元(17)、铸铁试验平台(18)组成；所述的风扇叶片(11)、整体叶盘-转轴单元(12)、滑环引电器安装轴(13)连接并固定连接在风扇转轴(14)上；所述的风扇转轴(14)支撑在前轴承支承-润滑单元(15)和后轴承支承-润滑单元(16)上；所述的前轴承支承-润滑单元(15)和后轴承支承-润滑单元(16)固定在铸铁试验平台(18)上；所述的风扇叶片动应力测量单元(2)由布置于风扇叶片(11)上的三向应变计(21)、滑环引电器(22)、滑环引电器安装轴(23)、应变采集器(24)组成；所述的三向应变计(21)与滑环引电器(22)的转子端连接；所述的滑环引电器(22)装配在滑环引电器安装轴(23)上，滑环引电器(22)定子端线缆接入应变采集器(24)上；所述的试验防护单元(3)对外物撞击试验起防护作用；所述的外...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷晓波，张帅，张霞妹，彭冲，文敏，
申请(专利权)人：中国飞行试验研究院，
类型：发明
国别省市：陕西,61