一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验方法。本发明专利技术的实验装置主要包括直流电机、联轴器I、联轴器II、联轴器III、联轴器IV、转矩转速传感器I、转矩转速传感器II、模拟风扇转子的圆盘、齿轮转子系统、磁粉制动器、质量为m1的质量块I、质量为m2的质量块II和工作台。本发明专利技术采用一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及其实验方法，解决了模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失和定量施加不平衡量的问题。

An experimental device and experimental method used to simulate the loss of the blade of a gear turbofan engine

The invention discloses an experimental device and an experimental method for simulating the loss of the blade of a gear turbofan engine. The experimental device of the invention includes a DC motor, coupling, I coupling II, III, IV, coupling coupling torque speed sensor, torque sensor, I II simulation of fan rotor disc, gear rotor system, magnetic powder brake and the quality of the mass M1 I, quality M2 mass II and working table. The invention adopts an experimental device for simulating the loss of the blade of a gear turbofan engine and its experimental method, and solves the problem of losing the blade and quantificationally imposing the amount of the simulated gear turbofan engine.

【技术实现步骤摘要】
一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验方法
本专利技术涉及航空发动机转子动力学与适航符合性验证
，具体是一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验方法。
技术介绍
降低耗油率和减少污染排放是下一代民用航空发动机的主攻发展方向。齿轮涡扇(GearedTurbofanEngine，GTF)发动机具有低排放、低噪声、低油耗和低维护费用等优点。齿轮驱动风扇(GTF)发动机相对于传统的双转子涡轮风扇发动机来说，核心机没有根本变化，只增加了一个减速箱。鉴于齿轮驱动风扇(GTF)发动机技术性能特点和性能优势，在支线飞机和单通道干线飞机中，齿轮驱动风扇(GTF)发动机有着诱人的市场应用发展前景。叶片丢失是发动机可能遭遇的一种典型恶劣载荷工况，指部分或者整个转子叶片断裂后飞出。叶片丢失可能由叶片或榫槽的疲劳失效、大尺寸的鸟撞或其他外物撞击等多种原因引起，并将导致发动机结构被严重破坏，甚至引起飞行器损毁。航空安全管理机构基于适航安全性需求，对叶片丢失提出了明确要求。中国民用航空局要求高涵道比涡扇发动机必须通过叶片丢失的试验，以验证涡扇发动机在发生风扇叶片丢失时，在最长的飞行期间内(有机型要求最长飞行时间为3h)能保证涡扇发动机处于安全状态，不致引发危险性故障，以使飞机可以安全返航。因此，叶片丢失是发动机研制过程中必须解决的重要问题。早期的研究主要是通过严酷的试验验证，但是其耗资巨大，近年的研究趋势是设计初期尽量避免或减少整机的试验，尽可能通过分析和模拟的手段验证结构的动力响应规律和特征。现有技术中，有人专利技术了一种亚尺度模拟航空发动机旋转试验装置及试验方法。设有模拟机匣、模拟支板、模拟转子轴、模拟叶盘、模拟鼓筒、前中后三支点轴承及模拟前后安装节；所述试验装置由电动机通过一套断轴保护装置驱动旋转模拟机匣部件之间通过安装边螺栓连接，模拟支板与模拟机匣间通过焊接连接，模拟叶片通过螺栓和安装盘与轴连接，模拟鼓筒与模拟支板间通过螺栓连接，模拟前安装节通过螺栓及吊杆与刚性安装座连接,模拟后安装节通过螺栓与铰链与刚性安装座连接。但GTF发动机相对于传统的双转子涡轮风扇发动机，增加了一个齿轮箱，传动结构发生了变化。由于齿轮系统的存在，GTF发动机系统的激励源不再是单一的不平衡量。齿轮系统作为参数激励和非线性并存的弹性机械系统，其动态响应除受到自身结构参数和几何参数的影响之外，还受到各种激励的影响。但是现有的实验装置无法定量施加不平衡量，也无法模拟GTF发动机风车状态下叶片丢失后的振动特性。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失和定量施加不平衡量的问题，本专利技术提出了一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及其实验方法，此装置结构简单、拆卸更换容易，能够满足不同不平衡量及不同工况下的要求，能够验证理论方法，分析模型及数值结果的正确性。能满足企业的实际需求，填补相关技术空白。为实现本专利技术目的而采用的技术方案是这样的，一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，主要包括直流电机、联轴器I、联轴器II、联轴器III、联轴器IV、转矩转速传感器I、转矩转速传感器II、模拟风扇转子的圆盘、齿轮转子系统、磁粉制动器、质量为m1的质量块I、质量为m2的质量块II和工作台。所述直流电机、转矩转速传感器I、所述齿轮转子系统、所述转矩转速传感器II和所述磁粉制动器依次安装在所述工作台上。所述直流电机提供转速和功率。所述直流电机的转轴和所述转矩转速传感器I的转轴通过所述联轴器I连接在一起。在所述模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述转矩转速传感器I的转轴和所述齿轮转子系统的输入轴通过所述联轴器II连接在一起。在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述转矩转速传感器I的转轴和所述齿轮转子系统的输出轴通过所述联轴器II连接在一起。所述齿轮转子系统包括所述输入轴、轴承座I、轴承座II、箱体、所述输出轴、电涡流位移传感器I、电涡流位移传感器II、加速度传感器I、加速度传感器II、加速度传感器III、加速度传感器IV、加速度传感器V、加速度传感器VI、电涡流位移传感器III和电涡流位移传感器IV。所述轴承座I、所述轴承座II和所述箱体依次安装在所述工作台上。所述加速度传感器I和所述加速度传感器II胶粘在所述轴承座I上。所述加速度传感器I和所述加速度传感器II呈90°分布。所述加速度传感器III和所述加速度传感器IV用胶粘在所述轴承座II上。所述加速度传感器III和所述加速度传感器IV呈90°分布。所述加速度传感器V和所述加速度传感器VI用胶粘在所述箱体上。所述加速度传感器V和所述加速度传感器VI呈90°分布。所述输出轴通过所述轴承座I和所述轴承座II支撑在所述工作台上。进一步，所述齿轮转子系统还包括行星轴、行星架、太阳齿轮、人字行星齿轮、人字内齿圈和风扇套筒。所述行星轴共有三根。所述行星轴固定在所述箱体上。所述行星轴一端具有螺纹。所述行星轴具有螺纹的一端通过行星轴固定螺母安装在所述行星架上，呈空心悬臂结构。所述行星轴均布在所述太阳齿轮的周围。3个所述人字行星齿轮安装在对应的行星轴上。所述人字行星齿轮与所述太阳齿轮啮合，形成外啮合齿轮传动。所述人字行星齿轮与所述人字内齿圈相啮合，形成内啮合传动。所述人字内齿圈通过花键与所述风扇套筒(911)连接。在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述齿轮转子系统的所述输出轴和所述转矩转速传感器II的转轴通过所述联轴器III连接在一起。所述电涡流位移传感器I和所述电涡流位移传感器II用磁力座架起来对准所述输入轴。所述电涡流位移传感器I和所述电涡流位移传感器II呈90°分布。在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述齿轮转子系统的输出轴和所述转矩转速传感器II的转轴通过所述联轴器III连接在一起。所述电涡流位移传感器III和所述电涡流位移传感器IV用磁力座架起来对准所述输出轴。所述电涡流位移传感器III和所述电涡流位移传感器IV呈90°分布。所述转矩转速传感器II的转轴和所述磁粉制动器的转轴通过所述联轴器IV连接在一起。所述磁粉制动器用于模拟负载。所述模拟风扇转子的圆盘中间具有一个和所述输入轴相匹配的孔I。所述模拟风扇转子的圆盘通过所述孔I安装在所述输入轴上。所述模拟风扇转子的圆盘具有一个可以放置所述质量块I的孔I。在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述质量块I嵌入所述孔I。所述质量块I的质量m1和所述孔I的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配。或者，在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，在所述模拟风扇转子的圆盘上钻出孔II。此时，所述模拟风扇转子的圆盘通过打孔的方式削去质量块II。所述质量块II的质量m2和所述孔II的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配。进一步，所述孔I和所述孔II是用于模拟高速旋转下离心力的孔。优选的，所述孔I和所述孔II使用螺纹样式。进一步，该实验装置还包括控制系统、数据采集器、电涡流信号调理器、SP-DSA分析系统或计算机。所述控制系统控制所述直流电机的转速。所述控制系统控制所述磁粉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，其特征在于：主要包括直流电机(1)、联轴器I(2)、联轴器II(3)、联轴器III(4)、联轴器IV(5)、转矩转速传感器I(6)、转矩转速传感器II(7)、模拟风扇转子的圆盘(8)、齿轮转子系统(9)、磁粉制动器(10)、质量为m1的质量块I(11)、质量为m2的质量块II(12)和工作台(13)；所述直流电机(1)、转矩转速传感器I(6)、所述齿轮转子系统(9)、所述转矩转速传感器II(7)和所述磁粉制动器(10)依次安装在所述工作台(13)上；所述直流电机(1)提供转速和功率；所述直流电机(1)的转轴和所述转矩转速传感器I(6)的转轴通过所述联轴器I(2)连接在一起；在所述模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述转矩转速传感器I(6)的转轴和所述齿轮转子系统(9)的输入轴(905)通过所述联轴器II(3)连接在一起；在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述转矩转速传感器I(6)的转轴和所述齿轮转子系统(9)的输出轴(901)通过所述联轴器II(3)连接在一起；所述齿轮转子系统(9)包括所述输出轴(901)、轴承座I(902)、轴承座II(903)、箱体(904)、所述输入轴(905)、电涡流位移传感器I(9011)、电涡流位移传感器II(9012)、加速度传感器I(9021)、加速度传感器II(9022)、加速度传感器III(9031)、加速度传感器IV(9032)、加速度传感器V(9041)、加速度传感器VI(9042)、电涡流位移传感器III(9051)和电涡流位移传感器IV(9052)；所述轴承座I(902)、所述轴承座II(903)和所述箱体(904)依次安装在所述工作台(13)上；所述加速度传感器I(9021)和所述加速度传感器II(9022)用胶粘在所述轴承座I(902)上；所述加速度传感器I(9021)和所述加速度传感器II(9022)呈90°分布；所述加速度传感器III(9031)和所述加速度传感器IV(9032)用胶粘在所述轴承座II(903)上；所述加速度传感器III(9031)和所述加速度传感器IV(9032)呈90°分布；所述加速度传感器V(9041)和所述加速度传感器VI(9042)用胶粘在所述箱体(904)上；所述加速度传感器V(9041)和所述加速度传感器VI(9042)呈90°分布；所述输出轴(901)通过所述轴承座I(902)和所述轴承座II(903)支撑在所述工作台(13)上；在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述齿轮转子系统(9)的所述输入轴(905)和所述转矩转速传感器II(7)的转轴通过所述联轴器III(4)连接在一起；所述电涡流位移传感器I(9011)和所述电涡流位移传感器II(9012)用磁力座架起来对准所述输出轴(901)；所述电涡流位移传感器I(9011)和所述电涡流位移传感器II(9012)呈90°分布；在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述齿轮转子系统(9)的输入轴(905)和所述转矩转速传感器II(7)的转轴通过所述联轴器III(4)连接在一起；所述电涡流位移传感器III(9051)和所述电涡流位移传感器IV(9052)用磁力座架起来对准所述输出轴(901)；所述电涡流位移传感器III(9051)和所述电涡流位移传感器IV(9052)呈90°分布；所述转矩转速传感器II(7)的转轴和所述磁粉制动器(10)的转轴通过所述联轴器IV(5)连接在一起；所述磁粉制动器(10)用于模拟负载；所述模拟风扇转子的圆盘(8)中间具有一个和所述输入轴(905)相匹配的孔I；所述模拟风扇转子的圆盘(8)通过所述孔I安装在所述输入轴(905)上；所述模拟风扇转子的圆盘(8)具有一个可以放置所述质量块I(11)的孔I；在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述质量块I(11)嵌入所述孔I；所述质量块I(11)的质量m1和所述孔I的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘(8)的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配；或者，在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，在所述模拟风扇转子的圆盘(8)上钻出孔II；此时，所述模拟风扇转子的圆盘(8)通过打孔的方式削去质量块II(12)；所述质量块II(12)的质量m2和所述孔II的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘(8)的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配。...

【技术特征摘要】
1.一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，其特征在于：主要包括直流电机(1)、联轴器I(2)、联轴器II(3)、联轴器III(4)、联轴器IV(5)、转矩转速传感器I(6)、转矩转速传感器II(7)、模拟风扇转子的圆盘(8)、齿轮转子系统(9)、磁粉制动器(10)、质量为m1的质量块I(11)、质量为m2的质量块II(12)和工作台(13)；所述直流电机(1)、转矩转速传感器I(6)、所述齿轮转子系统(9)、所述转矩转速传感器II(7)和所述磁粉制动器(10)依次安装在所述工作台(13)上；所述直流电机(1)提供转速和功率；所述直流电机(1)的转轴和所述转矩转速传感器I(6)的转轴通过所述联轴器I(2)连接在一起；在所述模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述转矩转速传感器I(6)的转轴和所述齿轮转子系统(9)的输入轴(905)通过所述联轴器II(3)连接在一起；在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述转矩转速传感器I(6)的转轴和所述齿轮转子系统(9)的输出轴(901)通过所述联轴器II(3)连接在一起；所述齿轮转子系统(9)包括所述输出轴(901)、轴承座I(902)、轴承座II(903)、箱体(904)、所述输入轴(905)、电涡流位移传感器I(9011)、电涡流位移传感器II(9012)、加速度传感器I(9021)、加速度传感器II(9022)、加速度传感器III(9031)、加速度传感器IV(9032)、加速度传感器V(9041)、加速度传感器VI(9042)、电涡流位移传感器III(9051)和电涡流位移传感器IV(9052)；所述轴承座I(902)、所述轴承座II(903)和所述箱体(904)依次安装在所述工作台(13)上；所述加速度传感器I(9021)和所述加速度传感器II(9022)用胶粘在所述轴承座I(902)上；所述加速度传感器I(9021)和所述加速度传感器II(9022)呈90°分布；所述加速度传感器III(9031)和所述加速度传感器IV(9032)用胶粘在所述轴承座II(903)上；所述加速度传感器III(9031)和所述加速度传感器IV(9032)呈90°分布；所述加速度传感器V(9041)和所述加速度传感器VI(9042)用胶粘在所述箱体(904)上；所述加速度传感器V(9041)和所述加速度传感器VI(9042)呈90°分布；所述输出轴(901)通过所述轴承座I(902)和所述轴承座II(903)支撑在所述工作台(13)上；在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述齿轮转子系统(9)的所述输入轴(905)和所述转矩转速传感器II(7)的转轴通过所述联轴器III(4)连接在一起；所述电涡流位移传感器I(9011)和所述电涡流位移传感器II(9012)用磁力座架起来对准所述输出轴(901)；所述电涡流位移传感器I(9011)和所述电涡流位移传感器II(9012)呈90°分布；在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述齿轮转子系统(9)的输入轴(905)和所述转矩转速传感器II(7)的转轴通过所述联轴器III(4)连接在一起；所述电涡流位移传感器III(9051)和所述电涡流位移传感器IV(9052)用磁力座架起来对准所述输出轴(901)；所述电涡流位移传感器III(9051)和所述电涡流位移传感器IV(9052)呈90°分布；所述转矩转速传感器II(7)的转轴和所述磁粉制动器(10)的转轴通过所述联轴器IV(5)连接在一起；所述磁粉制动器(10)用于模拟负载；所述模拟风扇转子的圆盘(8)中间具有一个和所述输入轴(905)相匹配的孔I；所述模拟风扇转子的圆盘(8)通过所述孔I安装在所述输入轴(905)上；所述模拟风扇转子的圆盘(8)具有一个可以放置所述质量块I(11)的孔I；在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述质量块I(11)嵌入所述孔I；所述质量块I(11)的质量m1和所述孔I的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘(8)的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配；或者，在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，在所述模拟风扇转子的圆盘(8)上钻出孔II；此时，所述模拟风扇转子的圆盘(8)通过打孔的方式削去质量块II(12)；所述质量块II(12)的质量m2和所述孔II的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘(8)的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配。2.根据权利要求1所述的一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，其特征在于：还包括控制系统(14)、数据采集器(15)、电涡流信号调理器(16)、SP-DSA分析系统(17)或计算机(18)；所述控制系统(14)控制所述直流电机(1)的转速；所述控制系统(14)控制所述磁粉制动器(10)的负载；所述电涡流信号调理器(16)对所述电涡流位移传感器I(9011)、...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏静，白培鑫，侯少帅，张爱强，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50