一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置及方法制造方法及图纸

本申请提供了一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置及方法，属于航空发动机技术领域，装置包括水平设置的安装基准，安装基准的中间区域安装有可移动调节的叶片支架，叶片支架上侧安装叶片；安装基准上还设有可移动的支撑框，支撑框位于叶片支架的两侧，支撑框内设有多点力学测量组件，多点力学测量组件靠近叶片支架的一端与叶片表面接触进行作用力施加，多点力学测量组件远离叶片支架的一端与供气系统连接，供气系统用于对多点力学测量组件提供作用力；发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置还包括CCD相机，CCD相机用于获取叶片的变形情况。通过本申请的处理方案，提高了叶片载荷疲劳试验的精确性，并有效降低叶片模拟载荷疲劳试验成本。成本。成本。

【技术实现步骤摘要】
一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置及方法


[0001]本申请涉及航空发动机
，尤其涉及一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置及方法。

技术介绍

[0002]叶片是航空发动机的核心部件之一，并在很大程度上影响航空发动机的性能水平。航空发动机叶片在实际运行过程中受到高气动载荷的作用而发生变形。由于其运行工况复杂，难以通过常用试验方法来获得其在不同工况下的变形情况，且试验的费用昂贵。因此，亟待提升发动机叶片的试验技术能力。
[0003]现有的发动机叶片试验装置，施加作用力的位置及数量受到限制，无法满足精确模拟气动载荷对于叶片的疲劳损伤效果，无法满足发动机叶片模拟载荷疲劳试验的要求。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请实施例提供一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置及方法，以达到提升发动机叶片在复杂工况下抗疲劳性能测试精度、降低试验验证成本的目的。第一方面，本申请实施例提供一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置，包括水平设置的安装基准，所述安装基准的中间区域安装有可移动调节的叶片支架，所述叶片支架上侧安装叶片；所述安装基准上还设有可移动的支撑框，所述支撑框位于所述叶片支架的两侧，所述支撑框内设有多点力学测量组件，所述多点力学测量组件靠近所述叶片支架的一端与所述叶片表面接触进行作用力施加，所述多点力学测量组件远离所述叶片支架的一端与供气系统连接，所述供气系统用于对所述多点力学测量组件提供作用力；
[0005]所述发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置还包括CCD相机，所述CCD相机用于获取所述叶片的变形情况。
[0006]根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述叶片支架与所述安装基准之间依次设有纵向精密导轨、横向精密导轨、角度调节盘和纵向粗调导轨，所述纵向粗调导轨与所述安装基准连接，所述纵向精密导轨与所述叶片支架的底部连接。
[0007]根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述支撑框与所述安装基准之间设有横向粗调导轨，所述支撑框沿所述横向粗调导轨移动调节。
[0008]根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述多点力学测量组件包括依次连接的力学探头、力学探针和作动轴，所述作动轴远离所述力学探针的一端与所述供气系统连接，所述力学探头、所述力学探针和所述作动轴在所述支撑框内均分别设置为多个；所述力学探针用于将作用力所述叶片表面，所述力学探头用于时时反馈作用在所述叶片表面的作用力。
[0009]根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述供气系统包括与所述作动轴连接的输气管、设置在所述输气管上的压力调节阀以及与所述输气管远离所述作动轴的一端连接的气源，通过调节所述压力调节阀调节所述作动轴的作用力大小。
[0010]第二方面，本申请实施例还提供一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验方法，采用如上述第一方面任一实施例所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置，所述方法包括：
[0011]采用CCD相机视觉测量方法获得叶片在稳态外流场下的气动变形情况，用来分析校准叶片稳态气动流场仿真计算所需的边界参数及数学模型；
[0012]将叶片非稳态气动流场的运行过程拆分为多个典型的瞬态状态；
[0013]采用所获得的边界参数及数学模型，数值仿真瞬态下的叶片气动外流场；
[0014]安装叶片到安装基准，标定叶片的空间位置；
[0015]叶片结构空间网格离散化，确定特征位置；
[0016]基于特征位置及流场仿真数据，计算获得对叶片表面施加的载荷，通过作动轴作用于力学探头并对实际叶片进行施加载荷；
[0017]通过CCD相机获得叶片不同特征位置的变形，与叶片不同特征位置变形仿真值比较，若偏差值满足试验要求，记录该瞬态下的载荷大小及方向排布，否则将调整特征位置的选取；
[0018]重复以上过程，开展下一个瞬态的外流场气动仿真载荷数据确定，形成载荷数据记录；
[0019]将记录位置及载荷数据形成载荷谱，施加于叶片，模拟在非稳态、循环载荷下的叶片载荷疲劳性能；
[0020]通过CCD相机观测并记录叶片的变形情况，评估抗疲劳性能。
[0021]根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述基于特征位置及流场仿真数据，计算获得对叶片表面施加的载荷，通过作动轴作用于力学探头并对实际叶片进行施加载荷的步骤包括：
[0022]将叶片流场仿真几何模型坐标与试验装置空间坐标标定一致；
[0023]基于特征位置及叶片外流场仿真数据，完成基于特征位置的仿真载荷局部面积分，获取载荷沿面法向分量；
[0024]提取特征位置的载荷沿面法向分量，传递给作动轴；
[0025]将特征位置与布置力学探头的测点位置一一对应，基于特征位置、法向载荷仿真数据，力学探头对实际叶片施加法向分量。
[0026]根据本申请实施例的一种具体实现方式，在所述叶片结构空间网格离散化，确定特征位置的步骤中，所述特征位置的确定因素包括：
[0027]叶片结构空间网格离散化方式；
[0028]力学探头及力学探针的空间分辨率，空间分辨率取决于力学探头及力学探针在支撑框上的分布数量和排列方式；
[0029]叶片结构研究位置的选取。
[0030]根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述通过力学探头对叶片进行施加载荷的步骤中，施加载荷是对叶片的压力面单独施加，或者是对叶片的压力面和吸力面双向施加。
[0031]根据本申请实施例的一种具体实现方式，所述特征位置的选取数量大于等于3个，所述叶片非稳态气动流场的运行过程拆分的典型的瞬态状态的数量大于等于2个。
[0032]有益效果
[0033]本申请实施例中的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置及方法，通过设置多点力学测量组件，采用多点接触的方式对叶片进行测试，能够更加精确地反映不同位置的载荷情况，能精确模拟发动机叶片在受到不同气动载荷过程中所受到的疲劳载荷情况，为叶片的抗疲劳强度优化提供测试手段，且有效降低不同工况下叶片测试试验成本。
附图说明
[0034]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0035]图1为根据本专利技术一实施例的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置侧视图；
[0036]图2为根据本专利技术一实施例的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置俯视图；
[0037]图3为根据本专利技术一实施例的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置工作侧视图；
[0038]图4为根据本专利技术一实施例的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置工作俯视图；
[0039]图5为根据本专利技术一实施例的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置工作示意图；
[0040]图6为根据本专利技术一实施例的发动机叶片结构示意图；
[0041]图7为根据本专利技术一实施例的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置叶片安装图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置，其特征在于，包括水平设置的安装基准，所述安装基准的中间区域安装有可移动调节的叶片支架，所述叶片支架上侧安装叶片；所述安装基准上还设有可移动的支撑框，所述支撑框位于所述叶片支架的两侧，所述支撑框内设有多点力学测量组件，所述多点力学测量组件靠近所述叶片支架的一端与所述叶片表面接触进行作用力施加，所述多点力学测量组件远离所述叶片支架的一端与供气系统连接，所述供气系统用于对所述多点力学测量组件提供作用力；所述发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置还包括CCD相机，所述CCD相机用于获取所述叶片的变形情况。2.根据权利要求1所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置，其特征在于，所述叶片支架与所述安装基准之间依次设有纵向精密导轨、横向精密导轨、角度调节盘和纵向粗调导轨，所述纵向粗调导轨与所述安装基准连接，所述纵向精密导轨与所述叶片支架的底部连接。3.根据权利要求2所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置，其特征在于，所述支撑框与所述安装基准之间设有横向粗调导轨，所述支撑框沿所述横向粗调导轨移动调节。4.根据权利要求1所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置，其特征在于，所述多点力学测量组件包括依次连接的力学探头、力学探针和作动轴，所述作动轴远离所述力学探针的一端与所述供气系统连接，所述力学探头、所述力学探针和所述作动轴在所述支撑框内均分别设置为多个；所述力学探针用于将作用力所述叶片表面，所述力学探头用于时时反馈作用在所述叶片表面的作用力。5.根据权利要求4所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置，其特征在于，所述供气系统包括与所述作动轴连接的输气管、设置在所述输气管上的压力调节阀以及与所述输气管远离所述作动轴的一端连接的气源，通过调节所述压力调节阀调节所述作动轴的作用力大小。6.一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验方法，其特征在于，采用如权利要求1
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5任一项所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置，所述方法包括：采用CCD相机视觉测量方法获得叶片在稳态外流场下的气动变形情况，用来分析校准叶片稳态气动流场仿真计算所需的边界参数及数学模型；将叶片非稳态气动流场的运行过程拆分为多...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑会龙，康振亚，杨肖芳，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：