本发明专利技术公开了一种基于惯性约束爆炸切断的发动机风扇叶片飞脱试验装置及方法。在叶片的预定断裂截面处沿叶身型面预埋柔性炸药索，并在炸药索外覆盖重金属背皮对爆炸能量进行惯性约束，使爆炸产生的爆轰波和爆炸气体压力垂直作用于叶片表面向里产生侵彻，发生局部侵彻损伤后，在旋转离心力作用下叶片在损伤区域发生断裂飞脱。本发明专利技术可在预定转速下精确控制叶片爆炸飞脱，不对飞脱叶片增加额外动能，有效提高航空发动机机匣包容及转子不平衡试验的试验精度，缩短试验周期。同时本发明专利技术中所采用的爆炸物药量较小，可使叶片爆炸飞脱过程清晰可拍摄；本发明专利技术中的柔性爆炸装置占用空间少，易于在实际发动机的复杂结构中安装。易于在实际发动机的复杂结构中安装。易于在实际发动机的复杂结构中安装。
【技术实现步骤摘要】
一种基于惯性约束爆炸切断的叶片飞脱试验装置及方法
[0001]本专利技术属于航空发动机试验
，尤其涉及一种基于惯性约束爆炸切断的叶片飞脱试验装置及方法。
技术介绍
[0002]航空发动机中的叶片等转子结构由于在运行过程中受到外物撞击、疲劳、过热、材料缺陷等因素的影响不可避免的会出现破坏和失效，叶片断裂飞出后，外围机匣及转子支承等结构将承受突加高能载荷，此时若发生结构性失效导致高能碎片飞出击中飞机其他部位，易导致机毁人亡的灾难性后果。风扇叶片飞脱(FBO)已成为现代喷气式飞机最主要的安全威胁之一。因此各航空大国对发动机FBO问题都非常重视，在民用和军用航空发动机规范中都有专门条文对机匣结构包容安全性做出严格规定。任何军用或民用发动机，在取得适航证之前，都必需通过考核其包容能力的整机适航验证试验。在叶片飞断机匣包容试验中，准确地在预定转速下使试验叶片在特定位置断裂飞脱，对于准确判断试验结果有重要作用。
[0003]对于叶片的断裂飞脱控制，传统的做法是在叶片根部预制缺口，但此种方法由于受到加工误差、材料性能偏差等影响，难以精准控制叶片飞脱转速，试验失败风险大。授权公告号为CN105716962B的中国专利公开了一种采用在叶片榫根开孔预埋加热棒进行局部加热，从而实现叶片定速飞断的方法，但此种方法对于叶片材料有一定限制性(叶片材料强度需随温度上升显著下降)，且从开始加热至叶片飞断需经过一段时间，增加了转子运行和试验时间，增加了试验风险和不确定性。
[0004]叶片爆炸飞脱技术是国外发动机厂商最普遍使用的技术，在国外发动机整机FBO取证试验中已多次成功应用。授权公告号为CN110030042B的中国专利公开了一种在叶片榫根开孔安装爆炸切割索，使叶片在爆炸作用下断裂飞脱的方法。但此种方法并不适用于复合材料风扇叶片或整体叶片结构风扇转子上的叶片，复合材料风扇叶片优先考虑使叶片在接近叶根的叶身流道线区域断裂飞脱，整体叶片转子不存在叶片榫根部位，这两种类型的叶片均需在叶身部位实现断裂飞脱过程。授权公告号为CN103293002B的中国专利公开了一种基于线型聚能切割技术的叶片飞断方法，该方法将专用聚能切割器安装在叶片叶身根部，通过聚能爆轰产物切断叶片，但此种方法中，聚能切割器所需安装空间较大，在实际多叶片转子结构中较难安装，且爆炸药量大，易给叶片增加额外动能，爆炸亮光和浓烟过大，导致影响包容试验结果和效果。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对现有技术的不足，创造性地通过在叶片指定区域沿叶身型面预埋柔性炸药索的方式，实现叶片爆炸飞脱。炸药索沿预制槽埋入后，在炸药索外覆盖柔性重金属背皮进行惯性约束，在重金属背皮的覆盖约束作用下，炸药索爆炸能量仅在指向叶片以内的方向传播，爆炸产生的爆轰波和爆炸气体压力垂直直接作用于叶片表面并产生侵彻，在叶
片叶背和叶盆侧均开槽埋入炸药索，使两侧表面产生的爆炸冲击波在厚度方向中心碰撞汇聚，以提高波阵面压力，进而提高能量利用率。叶片受爆炸作用发生局部侵彻损伤后，在旋转离心力作用下，叶片在损伤区域发生断裂，通过炸药索的爆炸侵彻和旋转离心力共同作用使叶片在指定转速下在指定区域断裂飞脱。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术首先提供了一种用于实现发动机风扇叶片飞脱过程的爆炸飞脱试验装置，其包括：
[0008]试验腔，作为叶片爆炸飞脱试验的腔体；
[0009]试验转子，位于试验腔内，包括叶片、配重块、轮盘和转轴；
[0010]驱动装置，用于驱动试验转子旋转；
[0011]爆炸切断分离组件，预设在叶片预定断裂截面处，通过爆炸使叶片沿预定断裂截面断裂，并在离心载荷作用下径向飞脱；
[0012]起爆控制组件，用于控制爆炸切断分离组件发生爆炸；
[0013]监测设备，用于记录叶片起爆和飞脱过程；
[0014]其中，所述爆炸切断分离组件包括：
[0015]柔性炸药索，预设在叶片预定断裂截面处，提供爆炸切断分离作用；
[0016]重金属约束背皮，沿叶身型面覆盖在炸药索外部，用于将柔性炸药索的爆炸能量惯性约束指向叶片内部传播。
[0017]作为本专利技术的优选方案，所述的重金属约束背皮为铜制、银制或铅制金属条，沿叶身型面覆盖在柔性炸药索外部，使用结构胶进行固定。铜、银或铅等材质具有大密度和高延展性的特性，将柔性炸药索的爆炸能量惯性约束指向叶片内部传播。
[0018]作为本专利技术的优选方案，所述的起爆控制组件通过无线射频实现起爆信号的传输，其包括电雷管、雷管引线、起爆信号无线接收器、起爆信号无线发射器、外部起爆控制箱、连接电缆；电雷管通过雷管引线与起爆信号无线接收器相连，起爆信号无线接收器与起爆信号无线发射器通过无线通信连接，起爆信号无线发射器与外部起爆控制箱通过连接电缆连接。
[0019]作为本专利技术的优选方案，所述的外部起爆控制箱，用于进行起爆过程控制和状态监测，包括电源旋钮、起爆按钮以及信号传输状态实时显示屏，电源旋钮用于给控制箱供电，使起爆系统进入预备状态，给起爆信号接收器高压电路模块供电；当按下起爆按钮，起爆信号发射器发送起爆信号，起爆信号接收器接收到该信号时，控制高压放电，起爆雷管引爆柔性炸药索，完成爆炸试验，信号传输状态实时显示屏用于显示各部分信号传输状态是否正常，返回错误信息。
[0020]本专利技术还提供了一种利用所述装置实现的叶片爆炸飞脱的试验方法，其包括以下步骤：
[0021]1)在叶片预定断裂截面处，沿叶身型面进行开槽或开孔，形成安装炸药索的空间，同时确保叶身开槽或开孔不会使叶身强度不足导致叶片在达到最高目标试验转速前断裂；
[0022]2)将叶片、配重块和轮盘进行装配后，在叶片拟安装爆炸物处用与柔性炸药索内层炸药密度相同的泥胶进行等质量替代配重，然后进行现场在线动平衡，使转子能够平稳升速至最高目标试验转速；
[0023]3)去掉泥胶配重，将柔性炸药索埋装在开槽或开孔处，使用重金属约束背皮整体覆盖，使用结构胶进行固定；爆炸物安装固定后，再次进行试转，确认转子可平稳升速至最高目标试验转速；
[0024]4)将起爆信号发射器安装于试验腔内壁处，起爆信号接收器安装于转轴端面中心区域，通过螺栓安装牢固；调试确认信号发射器和信号接收器之间能够有效传输起爆信号；设置监测设备的监测参数以完整清晰记录叶片起爆和飞脱过程；
[0025]5)起爆信号接收器上的通路开关保持关闭状态，安装雷管使其头部与柔性炸药索之间紧密相接，不存在间隙，使用结构胶将雷管安装固定，将雷管并联短路安全电路，连接雷管引线与起爆信号接收器，雷管引线紧贴叶片、轮盘和转轴结构表面铺设，并使用结构胶进行固定；
[0026]6)确认试验台周围环境符合试验安全条件后，开启起爆信号接收器通路开关，解除雷管引线短路安全电路，将试验转子整体从安装位置移入试验腔内；
[0027]7)满足开机试验条件后，启动驱动装置开始驱动试验转子旋转升速，试验过程中全程记录转子转速随时间变化的过程；...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于实现发动机风扇叶片飞脱过程的爆炸飞脱试验装置，其特征在于包括：试验腔(12)，作为叶片爆炸飞脱试验的腔体；试验转子，位于试验腔内，包括叶片(5)、配重块(1)、轮盘(3)和转轴(2)；驱动装置(16)，用于驱动试验转子旋转；爆炸切断分离组件，预设在叶片预定断裂截面处，通过爆炸使叶片沿预定断裂截面断裂，并在离心载荷作用下径向飞脱；起爆控制组件，用于控制爆炸切断分离组件发生爆炸；监测设备(15)，用于记录叶片起爆和飞脱过程；其中，所述爆炸切断分离组件包括：柔性炸药索(13)，预设在叶片预定断裂截面处，提供爆炸切断分离作用；重金属约束背皮(14)，沿叶身型面覆盖在炸药索(13)外部，用于将柔性炸药索(13)的爆炸能量惯性约束指向叶片内部传播。2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述的柔性炸药索(13)为软索状结构，由内层炸药和外部包裹的保护层组成，柔性炸药索(13)沿叶片叶身型面埋入叶身预制槽或预制孔中，使用结构胶进行固定。3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述的重金属约束背皮(14)为铜制、银制或铅制金属条，沿叶身型面覆盖在柔性炸药索(13)外部，使用结构胶进行固定。4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述的轮盘(3)与转轴(2)连接固定，叶片(5)与配重块(1)相对于转轴对称安装在轮盘(3)上，配重块(1)用于进行转子的平衡配重。5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述的起爆控制组件通过无线射频实现起爆信号的传输，其包括电雷管(6)、雷管引线(7)、起爆信号无线接收器(8)、起爆信号无线发射器(9)、外部起爆控制箱(10)、连接电缆(11)；电雷管(6)通过雷管引线(7)与起爆信号无线接收器(8)相连，起爆信号无线接收器(8)与起爆信号无线发射器(9)通过无线通信连接，起爆信号无线发射器(9)与外部起爆控制箱(10)通过连接电缆(11)连接。6.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于所述的电雷管(6)，用于引爆柔性炸药索(13)，其安装于设置在叶片叶身一端的雷管盒中，与柔性炸药索(13)紧密接触，雷管引线(7)用结构胶固定于试验转子表面。7.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于所述的起爆信号接收器(8)，用于接收起爆信号并控制高压放电起爆电雷管(6)，安装于试验转子转轴(2)的非驱动端的轴心区域，试验时随试验转子同步旋转。8.根据权利要求5所述的试验装置，其特征在于所述的起爆信号发射器(9)，用于向起爆信号接收器(8)无线发送起爆信号，安装于试验腔内部，通过电缆(11)引出试验腔(12)外与外部起爆控制箱(10)相连。9.根据权利要求5所述的试验装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：何泽侃，宣海军，瞿明敏，白聪儿，
申请(专利权)人：浙江海骆航空科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。