考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台及测试方法技术

本发明专利技术提供一种考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台及测试方法。本发明专利技术包括动力驱动系统、静子叶片调节系统、支架系统、工装系统以及测试系统，机匣外部和静子内环上设有试验轴孔，叶片冠部和根部分别插入机匣外部与静子内环对应的轴孔中，静子内环与垫块连接，静子内环能够在垫块的滑槽内滑动，动力驱动系统分别与机匣外部以及静子叶片调节系统的输入端相连，静子叶片调节系统构件自由度的约束与真实结构相应部件相同且动力学性能相似，工装系统用于叶片和静子内环的气动载荷加载，测试系统用于在施加载荷的情况下，获得静子叶片调节机构试验台中的部分构件的动力学响应。本发明专利技术能够反映机构真实动力学特性，拓展性强。拓展性强。拓展性强。

【技术实现步骤摘要】
考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台及测试方法


[0001]本专利技术涉及静子叶片调节机构
，尤其涉及一种考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台及测试方法。

技术介绍

[0002]静子叶片调节机构是航空发动机的重要组成部分，其作用是根据发动机工作状态调节静子叶片角度，来推迟因气流不稳定而引发的压气机失速，扩大稳定裕度。静叶调节机构是典型的多级连杆机构，结构复杂，工作过程中始终受到摩擦磨损的影响，另外静子叶片及静子内环均受到气动力影响，这些影响因素共同导致整体机构阻滞力增大、发生卡滞，严重影响发动机安全。另外，静叶调节机构作为一类多体系统，各类非线性现象，如间隙、摩擦磨损、受迫振动等均存在，上述非线性因素均会对调节机构运动精度、运动平稳性及受力情况产生影响。因此，对调节机构阻滞力影响规律及非线性因素影响规律研究等具有极其重要的作用。
[0003]公开号为CN112326433A公开了一种原理级调节机构试验台，该实验台为4级平面型调节机构原理级实验台，目的在于研究在温度影响下，静叶调节机构各级薄弱环节在运动中的应力应变情况。试验台具体工作原理为：内机匣顶部一侧设有直线电机安装部，且直线电机安装部顶部一侧安装有直线电机，直线电机端部安装有摇杆，且摇杆锁定连接有转轴，转轴底部连接有固定板，且转轴底部转动安装于固定板顶部设置的轴槽内，转轴底部锁定安装有主传动杆，且主传动杆另一端转动安装有连杆，连杆转动连接有多对传动杆，且传动杆中部转动安装于固定板顶部，传动杆另一端底部球铰安装有拉杆，且拉杆另一端球铰安装有联动环，联动环转动安装有摇臂，且摇臂另一端圆孔处安装有叶片，叶片两端分别安装于外机匣和内机匣，且内机匣顶部固定安装有支撑柱，支撑柱顶部与固定板底部固定，叶片的上下轴段处安装有大衬套和小衬套，叶片的外部设有高频加热器，摇臂顶部安装有应变片。但是该专利存在以下问题：第一，该专利明显存在静叶调节机构阻滞力及非线性因素影响规律研究不足的问题，虽然存在原理级静叶调节机构试验台，但其首先为平面型结构，在该情形下，构件运动关系与自由度均已发生改变，不能用于研究阻滞力影响规律等；第二，该实验台模拟的外部环境为热环境，未能模拟对阻滞力影响最大的气动载荷环境；第三，该原理级试验台功能单一，只能够用于研究热环境下的构件应力应变情况，未考虑将试验台功能扩展。

技术实现思路

[0004]根据上述提出的技术问题，而提供一种考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台及测试方法。本专利技术采用的技术手段如下：
[0005]一种考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台，包括动力驱动系统、静子叶片调节系统、支架系统、工装系统以及测试系统，所述支架系统包括垫块、机匣外部
和静子内环，所述机匣外部和静子内环上设有若干预设规格排列的试验轴孔，叶片冠部和根部分别插入机匣外部与静子内环对应的轴孔中，所述静子内环与垫块连接，静子内环能够在垫块的滑槽内滑动，所述动力驱动系统分别与机匣外部以及静子叶片调节系统的输入端相连，所述静子叶片调节系统的构件自由度的约束与真实结构相应部件相同且动力学性能相似，所述工装系统用于叶片和静子内环的气动载荷加载，所述测试系统用于在施加载荷的情况下，获得静子叶片调节机构试验台中的部分构件的动力学响应。
[0006]进一步地，所述动力驱动系统包括伺服电动缸，所述伺服电动缸通过两端的关节轴承分别与机匣外部及静子叶片调节机构系统的驱动臂相连。
[0007]进一步地，所述静子叶片调节机构系统包括第三级曲柄、驱动臂、转轴、连杆、第零级曲柄、拉杆、双头关节轴承、向心关节轴承、摇臂、叶片、联动杆、滑块组件、滑块支座，所述动力驱动系统的输出端与驱动臂相连，所述驱动臂、转轴以及第三级曲柄通过螺钉固连，通过驱动臂带动第三级曲柄定轴转动，所述第三级曲柄通过连杆与第零级曲柄相连，所述第零级曲柄与拉杆相连，所述拉杆与双头关节轴承相连，所述双头关节轴承一条动力传递支链为通过向心关节轴承与摇臂相连，所述摇臂和叶片的冠部相连，另一条动力传递支链为通过联动杆与滑块组件相连。
[0008]进一步地，还包括底板，所述垫块设置在底板上，所述底板上还设有导轨，所述联动杆与滑块组件上的滑块支座铰接，实现联动杆自由度为2，运动副类型为圆柱副，保证同真实静叶调节机构联动环自由度相同。
[0009]进一步地，所述工装系统包括叶片载荷加载装置和静子内环载荷加载装置，所述叶片载荷加载装置包括圆环夹具、二力杆装置、径向力装置和轴向力装置，叶片冠部和根部分别插入机匣与静子内环对应的轴孔中，两处配合位置均设有同真实静叶调节机构系统相同间隙，在叶身中心外部设置所述圆环夹具，所述径向力装置用于为叶身加载始终与发动机轴线平行的径向力，所述轴向力装置用于为叶身中心加载垂直于发动机轴线且平行于机匣孔轴线的轴向力，所述轴向力装置通过二力杆装置作用于圆环夹具上表面；
[0010]所述静子内环载荷加载装置包括作用在其上的测力计，所述测力计的输入端设有电动推杆，通过电动推杆的伸缩运动作用于弹簧测力计，从而带动静子内环在垫块滑槽内滑动。
[0011]进一步地，所述测试系统包括粘于驱动臂和叶片上的惯导传感器，所述驱动臂上的惯导传感器用于测得转轴相对于传感器固定坐标系的方位角以及与方位角对应的角速度和角加速度；所述叶片上的惯导传感器用于测得叶片相对于传感器固定坐标系的方位角以及与方位角对应的角速度和角加速度。
[0012]一种考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台的测试方法，包括如下步骤：
[0013]步骤1、获得机构在理想情况、考虑间隙和考虑气动力情况下的动力学模型；
[0014]步骤2、给定静子叶片调节机构相似多功能试验台的动力源(伺服电动缸)与所获得的动力学模型相同速度输入且保证运行时间亦相同；
[0015]步骤3、通过工装系统对叶片和静子内环进行载荷加载；
[0016]步骤4、通过测试系统测得转轴相对于传感器固定坐标系的方位角以及与方位角对应的角速度和角加速度、测得叶片相对于传感器固定坐标系的方位角以及与方位角对应
的角速度和角加速度；
[0017]步骤5、基于测试系统测得的数据计算转轴的绕轴转动的实际角度和叶片的绕叶冠轴转动的实际角度；
[0018]步骤6、通过相似多功能试验台实际测得的数据与动力学模型求解结果进行比对，对模型正确性进行验证。
[0019]进一步地，设计的动力学模型为考虑间隙的机构动力学模型，具体包括非线性接触力模型、摩擦力模型和磨损模型。
[0020]本专利技术具有以下优点：
[0021]1、本专利技术在静叶调节机构相似实验台结构设计中，对所有构件自由度的约束始终与真实结构相应部件相同且动力学性能相似，能够反映机构真实动力学特性，进而开展理想情况下机构运动学与动力学响应试验。
[0022]2、本专利技术在以静叶调节机构为研究对象时，可开展理想情况或考虑间隙类型、位置、数量及间隙值影响下的动力学响应试验，该试验台能够考虑关节间隙这一非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台，其特征在于，包括动力驱动系统、静子叶片调节系统、支架系统、工装系统以及测试系统，所述支架系统包括垫块、机匣外部和静子内环，所述机匣外部和静子内环上设有若干预设规格排列的试验轴孔，叶片冠部和根部分别插入机匣外部与静子内环对应的轴孔中，所述静子内环与垫块连接，静子内环能够在垫块的滑槽内滑动，所述动力驱动系统分别与机匣外部以及静子叶片调节系统的输入端相连，所述静子叶片调节系统的构件自由度的约束与真实结构相应部件相同且动力学性能相似，所述工装系统用于叶片和静子内环的气动载荷加载，所述测试系统用于在施加载荷的情况下，获得静子叶片调节机构试验台中的部分构件的动力学响应。2.根据权利要求1所述的考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台，其特征在于，所述动力驱动系统包括伺服电动缸，所述伺服电动缸通过两端的关节轴承分别与机匣外部及静子叶片调节机构系统的驱动臂相连。3.根据权利要求1所述的考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台，其特征在于，所述静子叶片调节机构系统包括第三级曲柄、驱动臂、转轴、连杆、第零级曲柄、拉杆、双头关节轴承、向心关节轴承、摇臂、叶片、联动杆、滑块组件、滑块支座，所述动力驱动系统的输出端与驱动臂相连，所述驱动臂、转轴以及第三级曲柄通过螺钉固连，通过驱动臂带动第三级曲柄定轴转动，所述第三级曲柄通过连杆与第零级曲柄相连，所述第零级曲柄与拉杆相连，所述拉杆与双头关节轴承相连，所述双头关节轴承一条动力传递支链为通过向心关节轴承与摇臂相连，所述摇臂和叶片的冠部相连，另一条动力传递支链为通过联动杆与滑块组件相连。4.根据权利要求3所述的考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台，其特征在于，还包括底板，所述垫块设置在底板上，所述底板上还设有导轨，所述联动杆与滑块组件上的滑块支座铰接，实现联动杆自由度为2，运动副类型为圆柱副，保证同真实静叶调节机构联动环自由度相同。5.根据权利要求1所述的考虑气动载荷的静子叶片调节机构相似多功能试验台，其特征在于，所述工装系统包括叶片载荷加...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠，常晶，王云雷，赵江，姚思博，余稀，滕晓鑫，魏凯，
申请(专利权)人：东北大学佛山研究生院，
类型：发明
国别省市：