一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置及方法制造方法及图纸

本申请涉及一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置，包括：扭矩加载测量组件；承扭组件，与扭矩加载测量组件配合用以实现对主轴扭转载荷的加载、测量；No.4支点横向力加载测量组件，用以实现对主轴No.4支点横向力载荷的加载、测量；No.1支点支撑组件、No.2支点支撑组件、No.5支点支撑组件，用以实现对主轴的支撑；轴向力弯矩加载测量组件，包括转接装置、四个连接有测力计的作动筒，其中转接装置用以连接在扭矩加载测量组件、风扇轴前端之间；四个作动筒用以均布在主轴外周，连接在转接装置、承扭组件之间，相互配合实现对主轴轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载、测量。此外，涉及一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载方法。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置及方法
本申请属于航空发动机主轴静力、疲劳试验设计
，具体涉及一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置及方法。
技术介绍
某型航空发动机中三支点支撑结构主轴包括在前端设置的风扇轴、在后端设置的低压涡轮轴，在航空发动机工作过程中既起传递动力的作用，同时也起着支撑作用，承受复杂的载荷作用，包括扭矩载荷、No.4支点横向力载荷、轴向力载荷、以及弯矩载荷。为了保证发动机的性能，在研发、设计过程中需对主轴进行静力、疲劳试验，以验证其可靠性、寿命，当前在对主轴进行静力、疲劳试验时，多采用以下方法对主轴进行试验载荷的加载：扭矩载荷，通过扭矩加载测量组件(主要包括作动筒、测力计、转接工装)连接在风扇轴前端上、承扭组件(主要包括作动筒、转接工装)连接在低压涡轮轴后轴颈上相互配合进行加载，载荷的大小通过测力计进行测量；No.4支点横向力载荷，通过No.4支点横向力加载测量组件(主要包括作动筒、测力计、转接工装)连接在低压涡轮轴上进行加载，载荷的大小通过测力计进行测量，其中，在进行静力试验时，可通过一套No.4支点横向力加载测量组件进行加载，在进行疲劳试验时，可通过两套互为90°的No.4支点横向力加载测量组件进行加载，该两套No.4支点横向力加载测量组件的载荷加载波形为相位差为90°的正弦波曲线，以此实现No.4支点横向力绕主轴旋转的作用效果；轴向力载荷，通过轴向力加载测量组件(主要包括作动筒、测力计、转接工装)以轴线作用在风扇轴、涡轮轴后轴颈处，载荷的大小通过测力计进行测量；弯矩载荷，通过弯矩加载测量组件(主要包括作动筒、测力计、转接工装)以横向力的形式作用在低压涡轮轴后轴颈处，载荷的大小通过测力计进行测量，其中，在进行静力试验时，可通过一套弯矩加载测量组件进行加载，载荷的大小由弯矩考核截面上的弯矩值、加弯矩横向力的作用中心与No.5支点的轴向距离、No.4支点横向力载荷的作用中心与No.5支点的轴向距离，以及No.4支点横向力载荷的值来确定，载荷的方向与No.4支点横向力载荷在同一角向平面上方向相反；在进行疲劳试验时，可通过两套互为90°的弯矩加载测量组件进行加载，该两套No.4弯矩加载测量组件的载荷加载波形为相位差为90°的正弦波曲线，以此弯矩绕主轴旋转的作用效果。在进行主轴静力、疲劳试验时，上述对主轴进行试验载荷加载的方法至少存在以下缺陷：1)、以上述方法对主轴进行试验载荷加载，仅可实现对非空心主轴的轴向力载荷加载，难以实现对空心轴的轴向力载荷加载；2)、以上述方法对主轴进行试验载荷加载，通过弯矩加载测量组件、No.4支点横向力加载测量组件的共同作用实现对主轴弯矩载荷的加载，弯矩加载测量组件对主轴有径向剪切力的影响，与主轴实际受力情况不相符合。鉴于上述技术缺陷的存在提出本申请。
技术实现思路
本申请的目的是提供一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置及方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。本申请的技术方案是：一方面提供一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置，包括：扭矩加载测量组件，用以连接在主轴的风扇轴前端上；承扭组件，用以连接在主轴的低压涡轮轴后轴颈上，与扭矩加载测量组件配合用以实现对主轴扭转载荷的加载、测量；No.4支点横向力加载测量组件，用以连接在主轴的No.4支点处，用以实现对主轴No.4支点横向力载荷的加载、测量；No.1支点支撑组件、No.2支点支撑组件、No.5支点支撑组件，分别用以连接在主轴的No.1支点、No.2支点、No.5支点用以实现对主轴的支撑；轴向力弯矩加载测量组件，包括转接装置、四个连接有测力计的作动筒，其中转接装置用以连接在扭矩加载测量组件、风扇轴前端之间；四个作动筒用以均布在主轴外周，连接在转接装置、承扭组件之间，相互配合实现对主轴轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载、测量。根据本申请至少一个实施，上述的航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置中，还包括：框架，与扭矩加载测量组件、承扭组件、No.1支点支撑组件、No.2支点支撑组件、No.5支点支撑组件连接。另一方面提供一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载方法，基于任一上述航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置实施，包括：以No.1支点支撑组件、No.2支点支撑组件、No.5支点支撑组件，对主轴进行支撑；通过扭矩加载测量组件、承扭组件对主轴进行扭转载荷的加载、测量；通过No.4支点横向力加载测量组件对主轴进行No.4支点横向力载荷的加载、测量；通过轴向力弯矩加载测量组件对主轴进行轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载、测量。根据本申请至少一个实施，上述的航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载方法中，轴向力弯矩加载测量组件中四个作动筒分别为1#作动筒、2#作动筒、3#作动筒、4#作动筒，其中1#作动筒、3#作动筒相对，2#作动筒、4#作动筒相对；通过轴向力弯矩加载测量组件对主轴进行轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载包括：通过轴向力弯矩加载测量组件对主轴进行轴向力载荷单独加载，具体为：通过1#作动筒、3#作动筒分别对主轴施加1/2的轴向力考核载荷；或者，通过2#作动筒、4#作动筒分别对主轴施加1/2的轴向力考核载荷；或者，通过1#作动筒、2#作动筒、3#作动筒、4#作动筒分别对主轴施加1/4的轴向力考核载荷。根据本申请至少一个实施，上述的航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载方法中，通过轴向力弯矩加载测量组件对主轴进行轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载包括：通过轴向力弯矩加载测量组件对主轴进行弯矩载荷单独加载，具体为：通过1#作动筒对主轴施加偏心轴向载荷Fzw1，3#作动筒对主轴施加反向的偏心轴向载荷Fzw3，其中，或者，通过2#作动筒对主轴施加偏心轴向载荷Fzw2，4#作动筒对主轴施加反向的偏心轴向载荷Fzw4，其中，其中，M弯为轴向力弯矩加载测量组件在风扇轴前端或低压涡轮轴后轴颈处因为施加偏心轴向载荷而在载荷作用截面中心点处产生的弯矩；r为轴向力弯矩加载测量组件所在以轴线为原点的分度圆的半径。根据本申请至少一个实施，上述的航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载方法中，其中，M考为弯矩考核截面的考核弯矩；三个支点支承结构主轴、No.5支点在低压涡轮轴后轴颈截面左侧时：若0≤L1,考≤L1,2，A＝0，L1,考为No.1支点与弯矩考核截面间的轴向距离，L1,2为No.1支点与No.2支点间的轴向距离，L考,2为弯矩考核截面与No.2支点间的轴向距离；若0≤L2,考≤L2,4，L2,考为No.2支点与弯矩考核截面间的轴向距离，L2,4为No.2支点与No.4支点间的轴向距离，F4为No.4支点横向力加载测量组件对主轴施加的No.4支点横向力载荷，L4,5为No.4支点与No.5支点间的轴向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置，其特征在于，包括：/n扭矩加载测量组件(2)，用以连接在主轴(3)的风扇轴前端上；/n承扭组件(4)，用以连接在主轴(3)的低压涡轮轴后轴颈上，与所述扭矩加载测量组件(2)配合用以实现对主轴(3)扭转载荷的加载、测量；/nNo.4支点横向力加载测量组件(5)，用以连接在主轴(3)的No.4支点处，用以实现对主轴(3)No.4支点横向力载荷的加载、测量；/nNo.1支点支撑组件(6)、No.2支点支撑组件(7)、No.5支点支撑组件(8)，分别用以连接在主轴(3)的No.1支点、No.2支点、No.5支点用以实现对主轴(3)的支撑；/n轴向力弯矩加载测量组件(9)，包括转接装置、四个连接有测力计的作动筒，其中所述转接装置用以连接在所述扭矩加载测量组件(2)、风扇轴前端之间；四个所述作动筒用以均布在主轴(3)外周，连接在所述转接装置、所述承扭组件(4)之间，相互配合实现对主轴(3)轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载、测量。/n

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置，其特征在于，包括：
扭矩加载测量组件(2)，用以连接在主轴(3)的风扇轴前端上；
承扭组件(4)，用以连接在主轴(3)的低压涡轮轴后轴颈上，与所述扭矩加载测量组件(2)配合用以实现对主轴(3)扭转载荷的加载、测量；
No.4支点横向力加载测量组件(5)，用以连接在主轴(3)的No.4支点处，用以实现对主轴(3)No.4支点横向力载荷的加载、测量；
No.1支点支撑组件(6)、No.2支点支撑组件(7)、No.5支点支撑组件(8)，分别用以连接在主轴(3)的No.1支点、No.2支点、No.5支点用以实现对主轴(3)的支撑；
轴向力弯矩加载测量组件(9)，包括转接装置、四个连接有测力计的作动筒，其中所述转接装置用以连接在所述扭矩加载测量组件(2)、风扇轴前端之间；四个所述作动筒用以均布在主轴(3)外周，连接在所述转接装置、所述承扭组件(4)之间，相互配合实现对主轴(3)轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载、测量。


2.根据权利要求1所述的航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置，其特征在于，
还包括：
框架(1)，与所述扭矩加载测量组件(2)、所述承扭组件(4)、所述No.1支点支撑组件(6)、所述No.2支点支撑组件(7)、所述No.5支点支撑组件(8)连接。


3.一种航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载方法，其特征在于，基于权利要求1-2任一所述航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载装置实施，包括：
以No.1支点支撑组件(6)、No.2支点支撑组件(7)、No.5支点支撑组件(8)，对主轴(3)进行支撑；
通过扭矩加载测量组件(2)、承扭组件(4)对主轴(3)进行扭转载荷的加载、测量；
通过No.4支点横向力加载测量组件(5)对主轴(3)进行No.4支点横向力载荷的加载、测量；
通过轴向力弯矩加载测量组件(9)对主轴(3)进行轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载、测量。


4.根据权利要求3所述的航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载方法，其特征在于，
轴向力弯矩加载测量组件(9)中四个作动筒分别为1#作动筒、2#作动筒、3#作动筒、4#作动筒，其中1#作动筒、3#作动筒相对，2#作动筒、4#作动筒相对；
所述通过轴向力弯矩加载测量组件(9)对主轴(3)进行轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载包括：
通过轴向力弯矩加载测量组件(9)对主轴(3)进行轴向力载荷单独加载，具体为：
通过1#作动筒、3#作动筒分别对主轴(3)施加1/2的轴向力考核载荷；或者，
通过2#作动筒、4#作动筒分别对主轴(3)施加1/2的轴向力考核载荷；或者，
通过1#作动筒、2#作动筒、3#作动筒、4#作动筒分别对主轴(3)施加1/4的轴向力考核载荷。


5.根据权利要求4所述的航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载方法，其特征在于，
所述通过轴向力弯矩加载测量组件(9)对主轴(3)进行轴向力载荷和/或弯矩载荷的加载包括：
通过轴向力弯矩加载测量组件(9)对主轴(3)进行弯矩载荷单独加载，具体为：
通过1#作动筒对主轴施加偏心轴向载荷Fzw1，3#作动筒对主轴施加反向的偏心轴向载荷Fzw3，其中，或者，
通过2#作动筒对主轴施加偏心轴向载荷Fzw2，4#作动筒对主轴施加反向的偏心轴向载荷Fzw4，其中，
其中，
M弯为轴向力弯矩加载测量组件(9)在风扇轴前端或低压涡轮轴后轴颈处因为施加偏心轴向载荷而在载荷作用截面中心点处产生的弯矩；
r为轴向力弯矩加载测量组件(9)所在以轴线为原点的分度圆的半径。


6.根据权利要求5所述的航空发动机主轴静力、疲劳试验载荷加载方法，其特征在于，

其中，
M考为弯矩考核截面的考核弯矩；
三个支点支承结构主轴、No.5支点在低压涡轮轴后轴颈截面左侧时：
若0≤L1,考≤L1,2，A＝0，L1,考为No.1支点与弯矩考核截面间的轴向距离，L1,2为No.1支点与No.2支点间的轴向距离，L考,2为弯矩考核截面与No.2支点间的轴向距离；
若0≤L2,考≤L2,4，L2,考为No.2支点与弯矩考核截面间的轴向距离，L2,4为No.2支点与No.4支点间的轴向距离，F4为No.4支点横向力加载测量组件(5)对主轴(3)施加的No.4支点横向力载荷，L4,5为No.4支点与No.5支点间的轴向距离，L2,5为No.2支点与No.5支点间的轴向距离；
若L2,4≤L2,考≤L2,5，L2,4为No.2支点与No.4支点间的轴向距离，L2,考为No.2支点与弯矩考核截面间的轴向距离，L2,5为No.2支点与No.5支点间的轴向距离，F4为No.4...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳翰羽，李东宁，王俊，佟贵生，王玉新，张鹏，刘向田，王迪，李成玉，
申请(专利权)人：中国航发沈阳发动机研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁;21