一种带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统，包括基础台架，激励装置，加载装置和测量装置。所述基础台架包括底座、基座、夹具、两个叶片；所述激励装置包括信号发生器、功率放大器、压电陶瓷、螺母、顶杆、固定板。本发明专利技术的试验系统中的激励装置可以提供减振试验中高频段的激振力，试验测得可产生稳定激振力的最高频率可达20000Hz，可以满足对小型叶片进行高频段减振特性试验的要求。通过对信号发生器以及功率放大器进行调节可以产生稳定的、激振力大小和频率可控的激励信号，压电陶瓷所发出的激振力信号可以通过阻抗头进行实时采集。头进行实时采集。头进行实时采集。

【技术实现步骤摘要】
一种带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统及方法


[0001]本专利技术属于航空系统
，特别涉及一种带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统及方法。

技术介绍

[0002]涡轮叶片在工作时，由于受离心力、高速燃气冲击产生的热应力和气动力等载荷的作用，引起叶片剧烈振动，极易导致涡轮叶片出现疲劳断裂。航空发动机叶片实际工作中所受激振力复杂，无法完全避开所有的模态，尤其是高阶模态对其动力相应的预估在很大程度上将受阻尼参数的影响。而叶片的动力响应，是疲劳寿命和可靠性预估的基础。干摩擦阻尼是当前最有效的一种叶片减振阻尼，大量应用于航空发动机叶片减振系统中。在干摩擦阻尼结构中，缘板阻尼块因其结构简单、适应性好、减振效果明显、可靠性高且有可以针对特定模态减振等优点，因此大量应用于涡轮叶片减振系统中。
[0003]目前研究较多的是摩擦阻尼减振机理的数值仿真分析，试验研究相对较少，而目前的叶片摩擦阻尼试验基本只能实现对叶片进行低频段的减振特性研究，涉及到10000Hz频率之上的叶片减振试验研究基本没有，不能满足对发动机高阶模态下减振特性的研究需求。传统的用于振动测试的激励装置，例如模态力锤、柔性杆激振器、电磁振动台等，均无法有效激励并测试出真实小型涡轮叶片的高阶模态及响应特性。
[0004]中国专利申请号201710070743.X公开的“带缘板阻尼器结构叶片的减振试验装置”，其公开了一种缘板阻尼器加载结构，阻尼器结构位于缘板下方通过钢丝绳吊挂压紧。通过叶根底部的预紧螺钉提供的顶紧力以及钢丝绳对叶片提供的拉力模拟非旋转状态下试验结构所受到的离心力作用，调节螺钉的顶紧程度同时改变加载梁高度来模拟不同转速下叶片振动情况。这种加载方式通过改变加载梁的高度来改变钢丝绳上的拉力，调整一根梁的高度需要调整四个螺栓的拧紧度，调整方式不便，而且钢丝绳上没有使用测力计，无法确知钢丝绳上的实际拉力大小，并且不能对叶片进行高频激励，不能满足对叶片高频段的减振特性试验研究的特性。本设计的加载方案操作更为便捷，只需调整花兰螺栓伸长量即可，而且本试验台可实现对叶片进行高频激励，可以达到对叶片高频段的减振特性试验研究的需求。
[0005]中国专利申请号201410728989.8公开的“一种阻尼结构优化叶片测试实验台及其实验方法”，激振器采用固定安装方式安装在平板上，而平板固定安装在激振器支架平板上，最终激振器与整个基础台架固定连接，因此激振器激励的时候会导致基础台架的振动，对试验测量结果产生一定的影响。而本设计的激励装置的核心为单片的NAC2003压电陶瓷相对于电磁式激振器，整个激励装置更轻巧，对试验测量结果影响较小。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的问题和缺陷，本专利技术公开了一种带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统及方法，该系统能够进行成组叶片的摩擦阻尼器减振特性测
定，并且可以提供减振试验中高频段的激振力，能够满足对小型叶片进行高频段减振特性试验的要求。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0008]一种带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统，包括基础台架，激励装置，加载装置和测量装置；
[0009]所述基础台架包括底座、基座、夹具、两个叶片；所述基座安装于底座)上方，所述夹具嵌于基座内，所述两个叶片固定于夹具内；所述两个叶片之间的缘板结构下方安装有摩擦阻尼器；
[0010]所述激励装置包括依次连接的信号发生器、功率放大器、压电陶瓷、螺母、顶杆和阻抗头以及固定板；所述压电陶瓷的一面粘贴于叶片表面，所述螺母粘贴在压电陶瓷另一面，所述顶杆一端与螺母连接，顶杆一端与阻抗头固定连接，所述阻抗头粘接在固定板表面上，所述固定板竖直固定在底座上；所述信号发生器的输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端连接压电陶瓷的两端电极。
[0011]进一步的，所述加载装置包括第一分部和第二分部，所述第一分部和第二分部结构完全相同；
[0012]所述第一分部包括钢板，定滑轮，钢丝绳，测力计，花兰螺栓，吊环螺栓，若干个压板；所述钢板设置在基座的一侧，通过若干个压板竖直固定在底座上；钢板的上部外侧固定有一个定滑轮，钢板上还有一个条形槽，条形槽位于定滑轮的下方；所述吊环螺栓固定在钢板背离基座一侧的底座上，吊环螺栓、花兰螺栓和测力计依次串联；所述第二分部设置在基座的另一侧，与第一分部关于基座对称；
[0013]所述钢丝绳的一端缠绕第一分部的测力计的闲置端，钢丝绳的另一端绕过第一分部的定滑轮，依次穿过第一分部钢板上的条形槽、摩擦阻尼器下方、第二分部钢板上的条形槽，绕过第二分部的定滑轮，与第二分部的测力计的闲置端相连。
[0014]进一步的，所述压板用螺栓固定在底座上的T型槽内，压板另一端与钢板相接用于固定钢板位置。
[0015]进一步的，所述底座为方形板，方形板上设置有沿径向的T型槽，T型槽周向均匀分布，共为12～24个槽。
[0016]进一步的，所述基座下方共开有4个螺栓孔，将基座下方的螺栓孔对准底座上的T型槽，通过螺栓固定在底座上。
[0017]进一步的，所述基座上表面开设与夹具配合的槽，槽内共开有2个螺栓孔，槽内螺栓孔的位置与夹具开设的螺栓孔位置一致，将夹具和基座槽内的螺栓孔对准，通过螺栓将夹具固定在基座上，夹具上开设用于安装叶片的榫槽，两片叶片对准榫槽位置装配进夹具中。
[0018]进一步的，所述测量装置包括阻抗头、激光感测头、激光感测头电源、工控机和信号采集仪；所述阻抗头和激光感测头电源与信号采集仪的输入端相连，所述激光感测头电源与激光感测头相连，所述激光感测头用于测量叶片的振动；信号采集仪的输出端连接工控机，所述工控机依次连接信号发生器、功率放大器和压电陶瓷。
[0019]进一步的，所述阻抗头用于获取压电陶瓷所发出的激振力信号；所述信号发生器用于产生试验所需的高频振动激励信号，并将高频激励信号传输至功率放大器；所述功率
放大器用于放大信号发生器所发出的高频激励信号，并将放大后的高频激励信号加载到压电陶瓷使其产生振动。
[0020]进一步的，所述激励装置用于提供减振试验中稳定的高频段的激振力，所述稳定的高频段的激振力最高频率为20000Hz。
[0021]进一步的，所述压电陶瓷为NAC2003压电陶瓷，所述螺母为M5螺母。
[0022]一种带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验方法，包括以下步骤：
[0023]S1、放置基础台架与基础平台上，根据需要安装叶片1
‑
4，压电陶瓷使用强力胶水粘接在叶片表面，螺母通过强力胶水粘接在压电陶瓷表面，螺母与阻抗头通过顶杆连接，阻抗头通过强力胶水粘接在固定板表面上；
[0024]S2、选取需要测量的摩擦阻尼器，将摩擦阻尼器安装在两个叶片之间的缘板结构下方，根据加载力的大小的需求，调节花兰螺栓的伸长量至测力计读数与需求的加载力数值一致；
[0025]S3、设置信号发生器输出信号和功率放大器输出功率，使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统，其特征在于：包括基础台架，激励装置，加载装置和测量装置；所述基础台架包括底座(1
‑
1)、基座(1
‑
2)、夹具(1
‑
3)、两个叶片(1
‑
4)；所述基座(1
‑
2)安装于底座(1
‑
1)上方，所述夹具(1
‑
3)嵌于基座(1
‑
2)内，所述两个叶片(1
‑
4)固定于夹具(1
‑
3)内，两个叶片(1
‑
4)之间的缘板结构(1
‑
6)下方安装有摩擦阻尼器(1
‑
5)；所述激励装置包括依次连接的信号发生器(4
‑
3)、功率放大器(4
‑
4)、压电陶瓷(2
‑
1)、螺母(2
‑
2)、顶杆(2
‑
3)和阻抗头(2
‑
4)以及固定板(2
‑
5)；所述压电陶瓷(2
‑
1)的一面粘贴于叶片(1
‑
4)表面，所述螺母(2
‑
2)粘贴在压电陶瓷(2
‑
1)另一面；所述顶杆(2
‑
3)一端与螺母(2
‑
2)连接，顶杆(2
‑
3)一端与阻抗头(2
‑
4)固定连接，所述阻抗头(2
‑
4)粘接在固定板(2
‑
5)表面上，所述固定板(2
‑
5)竖直固定在底座(1
‑
1)上；所述信号发生器(4
‑
3)的输出端连接功率放大器(4
‑
4)的输入端，功率放大器(4
‑
4)的输出端连接压电陶瓷(2
‑
1)的两端电极。2.根据权利要求1所述的带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统，其特征在于：所述加载装置包括第一分部和第二分部，所述第一分部和第二分部结构完全相同；所述第一分部包括钢板(3
‑
1)，定滑轮(3
‑
2)，钢丝绳(3
‑
3)，测力计(3
‑
4)，花兰螺栓(3
‑
5)，吊环螺栓(3
‑
6)，若干个压板(3
‑
7)；所述钢板(3
‑
1)设置在基座(1
‑
2)的一侧，通过若干个压板(3
‑
7)竖直固定在底座(1
‑
1)上；钢板(3
‑
1)的上部外侧固定有一个定滑轮(3
‑
2)，钢板(3
‑
1)上还有一个条形槽，条形槽位于定滑轮(3
‑
2)的下方；所述吊环螺栓(3
‑
6)固定在钢板(3
‑
1)背离基座(1
‑
2)一侧的底座(1
‑
1)上，吊环螺栓(3
‑
6)、花兰螺栓(3
‑
5)和测力计(3
‑
4)依次串联；所述第二分部设置在基座(1
‑
2)的另一侧，与第一分部关于基座(1
‑
2)对称；所述钢丝绳(3
‑
3)的一端缠绕第一分部的测力计(3
‑
4)的闲置端，钢丝绳(3
‑
3)的另一端绕过第一分部的定滑轮(3
‑
2)，依次穿过第一分部钢板(3
‑
1)上的条形槽、摩擦阻尼器(1
‑
5)下方、第二分部钢板(3
‑
1)上的条形槽，绕过第二分部的定滑轮(3
‑
2)，与第二分部的测力计(3
‑
4)的闲置端相连。3.根据权利要求1或2所述的带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统，其特征在于：所述底座(1
‑
1)为方形板，方形板上设置有沿径向的T型槽，T型槽周向均匀分布，共为12～24个槽，所述压板(3
‑
7)用螺栓固定在底座(1
‑
1)上的T型槽内。4.根据权利要求1所述的带摩擦阻尼装置涡轮叶片高频减振特性试验系统，其特征在于：所述基座(1
‑
2)下方共开有4个螺栓孔，将基座(1
‑
2)下方的螺栓孔对准底座上的T型槽，基座(1
‑
2)通过螺栓固定在...

【专利技术属性】
技术研发人员：漆文凯，冯可欣，温伟，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：