一种航空发动机叶尖间隙测试系统及试验方法技术方案

本发明专利技术公开了一种航空发动机叶尖间隙测试系统及试验方法，包括底座、驱动电机、联轴器、第一至第三转轴、第一至第二支撑件、第一至第二轴承、第一至第二发动机模拟模块、第一至第二双光纤传感器、第一至第二转速传感器、采集器、三自由度位移平台、固定杆和控制模块。本发明专利技术具有二级转子叶轮与机匣，能够进行多截面叶尖间隙测量，具有很好的可移动性与展示性。本发明专利技术能够满足在不同转速、不同叶尖间隙下进行多截面多叶轮多测点的叶尖间隙测量校准，并且叶尖间隙的连续调节精度可达0.02mm，同时该发明专利技术的体积较小，具有很好的可移动性与展示性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种航空发动机叶尖间隙测试系统及试验方法


[0001]本专利技术涉及航空发动机叶尖间隙测试领域，尤其涉及一种航空发动机叶尖间隙测试系统及试验方法。

技术介绍

[0002]旋转叶片作为航空发动机的核心做功部件，其自身运行状态参数直接影响整个发动机系统的运转状态、工作效率和安全性能。旋转叶片尖端与发动机机匣内壁之间的距离称为叶尖间隙，其参数与航空发动机的效率、压比、燃油消耗率、稳定性等直接相关，是提升航空发动机性能的关键。研究表明，在涡轮级中，大约1/3以上气动损失是由叶尖间隙流造成的，并且叶尖间隙参数每增加涡轮叶片长度的1％，涡轮气动效率将下降0.8％～1.2％。同时，过大的叶尖间隙将导致叶片将发生轻微喘振，影响发动机的稳定性。然而，如果叶尖间隙过小，可能会导致叶片与机匣发生碰撞摩擦，产生安全事故，降低安全裕度。因此，对叶尖间隙进行监测被视为实现发动机健康管理的可行策略之一。
[0003]国内外学者对叶尖间隙的测量方法与技术已经有了很长久的研究，现有的叶尖间隙监测方法主要包括光纤法、电容法、微波法、电涡流法、放电探针法等。但是现有的叶尖间隙研究测量装置大多具有以下一个或几个缺点：叶尖间隙测量研究装置无法进行连续、精确的叶尖间隙调整，通常都是在改变叶尖间隙值后利用人工塞尺测量法、光学影像检测法等方法进行叶尖间隙的测量；叶尖间隙测量研究装置中仅有一个独立叶片，通过测量独立叶片叶尖与传感器的距离，用来模拟叶尖间隙，与真实转子多个叶片具有一定差异性；叶尖间隙测量研究装置，虽然测量了整个叶轮多枚叶片的叶尖间隙，但通常只有一个截面，仅只有一个叶轮，与真实航空发动机多级转子叶轮具有一定的区别；并且叶尖间隙测试研究装置仅测量传感器距离叶尖的距离，没有机匣，与真实航空发动机的叶尖间隙具有一定的差异；除此之外叶尖间隙测量研究装置的体积过大，不具有很好的可移动性与展示型，不利于进行叶尖间隙测量研究的展示。
[0004]因此，如何构建一种叶尖间隙可进行连续、精确调整并有效校准，具有多级转子叶轮与安装机匣，模拟真实航空发动机叶尖间隙的形成，并且具有良好的可移动性与展示性的叶尖间隙测量研究试验器，并具有与之相配合的叶尖间隙测量方法与系统，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是针对
技术介绍
中所涉及到的缺陷，提供一种航空发动机叶尖间隙测试系统及试验方法，能够进行多截面、多测点的叶尖间隙测量与验证，并且叶尖间隙方便可调整，可在不同转速下进行叶尖间隙测试，更加符合真实航空发动机叶尖间隙测试情况。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：
[0007]一种航空发动机叶尖间隙测试系统，包括底座、驱动电机、联轴器、第一至第三转
轴、第一至第二支撑件、第一至第二轴承、第一至第二发动机模拟模块、第一至第二双光纤传感器、第一至第二转速传感器、采集器、三自由度位移平台、固定杆和控制模块；
[0008]所述第一至第二发动机模拟模块均包含叶片盘和机匣，其中，所述叶片盘包含转盘和若干周向均匀设置在转盘侧壁上的叶片；所述机匣为两端开口的空心圆柱体，其侧壁上设有通孔；
[0009]所述第一支撑件、第二支撑件均固定在所述底座上，其上分别设有用于安装所述第一轴承、第二轴承的通孔；
[0010]所述第一轴承的外圈和所述第一支撑件的通孔固连，内圈和所述第一转轴同轴固连；所述第一转轴一端和所述第一发动机模拟模块的转盘一侧的中心同轴固连，另一端穿过所述第一轴承后通过所述联轴器和所述驱动电机的输出轴同轴固连；
[0011]所述第二转轴一端和所述第一发动机模拟模块的转盘另一侧的中心同轴固连，另一端和所述第二发动机模拟模块的转盘一侧的中心同轴固连；
[0012]所述第二轴承的外圈和所述第二支撑件的通孔固连，内圈和所述第三转轴同轴固连；所述第三转轴的一端和所述第二发动机模拟模块的转盘另一侧的中心同轴固连；
[0013]所述第一、第二发动机模拟模块的机匣分别套在第一、第二发动机模拟模块的叶片盘外，均和所述第二转轴同轴且均固定在所述底座上；
[0014]所述第一双光纤传感器设置在所述第一发动机模拟模块的机匣的通孔中，和第一发动机模拟模块的机匣的内壁齐平，用于根据采集器的指令测量第一发动机模拟模块中叶片尖部经过第一双光纤传感器两个探头的时间间隔；
[0015]所述三自由度位移平台固定在所述底座上；所述固定杆一端和三自由度位移平台的输出平台固连，另一端和所述第二双光纤传感器固连，使得第二双光纤传感器从第二发动机模拟模块的通孔中伸入；所述三自由度位移平台用于通过固定杆调整第二双光纤传感器的位置；
[0016]所述第二双光纤传感器根据采集器的指令测量第二发动机模拟模块中叶片尖部经过其两个探头的时间间隔；
[0017]所述第一、第二转速传感器分别对应设置在所述第一、第二发动机模拟模块的叶片盘，分别用于测量第一、第二发动机模拟模块的叶片盘的转速，并将其传递给所述控制模块；
[0018]所述控制模块分别和所述驱动电机、三自由度位移平台、采集器、第一转速传感器、第二转速传感器电气相连，用于控制驱动电机、三自由度位移平台、采集器工作，并根据第一双光纤传感器、第二双光纤传感器、第一转速传感器、第二转速传感器的感应数据计算出第一双光纤传感器和第一发动机模拟模块中叶片尖部之间的距离、第二双光纤传感器和第二发动机模拟模块中叶片尖部之间的距离。
[0019]作为本专利技术一种航空发动机叶尖间隙测试系统进一步的优化方案，所述采集器采用NI公司生产的NI9401数字采集卡与NI9178采集器底座。
[0020]本专利技术还公开了一种该航空发动机叶尖间隙测试系统的试验方法，包含以下步骤：
[0021]步骤1)，控制模块控制三自由度位移平台工作，使得第二双光纤传感器和第二发动机模拟模块中相邻叶片的尖部之间的距离为0；
[0022]步骤2)，控制模块控制三自由度位移平台工作，使得第二双光纤传感器和第二发动机模拟模块中相邻叶片的尖部之间的距离为预设的距离阈值D；
[0023]步骤3)，控制模块控制驱动电机工作，带动第一、第二发动机模拟模块的叶片盘转动；
[0024]步骤4)，第一转速传感器、第二转速传感器分别感应第一、第二发动机模拟模块的叶片盘的转速，并将其传递给所述控制模块；
[0025]步骤5)，控制模块控制采集器工作，使得第一双光纤传感器测量第一发动机模拟模块中叶片尖部经过第一双光纤传感器两个探头的时间间隔、第二双光纤传感器测量第二发动机模拟模块中叶片尖部经过第二双光纤传感器两个探头的时间间隔；
[0026]步骤6)，控制模块根据第一双光纤传感器两个探头之间的距离、第一双光纤传感器两个探头之间的夹角、第一发动机模拟模块中相叶片尖部经过第一双光纤传感器两个探头的时间间隔计算出第一发动机模拟模块的叶尖间隙，根据第二双光纤传感器两个探头之间的距离、第二双光纤传感器两个探头之间的夹角、第二发动机模拟模块中叶片尖部经本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机叶尖间隙测试系统，其特征在于，包括底座、驱动电机、联轴器、第一至第三转轴、第一至第二支撑件、第一至第二轴承、第一至第二发动机模拟模块、第一至第二双光纤传感器、第一至第二转速传感器、采集器、三自由度位移平台、固定杆和控制模块；所述第一至第二发动机模拟模块均包含叶片盘和机匣，其中，所述叶片盘包含转盘和若干周向均匀设置在转盘侧壁上的叶片；所述机匣为两端开口的空心圆柱体，其侧壁上设有通孔；所述第一支撑件、第二支撑件均固定在所述底座上，其上分别设有用于安装所述第一轴承、第二轴承的通孔；所述第一轴承的外圈和所述第一支撑件的通孔固连，内圈和所述第一转轴同轴固连；所述第一转轴一端和所述第一发动机模拟模块的转盘一侧的中心同轴固连，另一端穿过所述第一轴承后通过所述联轴器和所述驱动电机的输出轴同轴固连；所述第二转轴一端和所述第一发动机模拟模块的转盘另一侧的中心同轴固连，另一端和所述第二发动机模拟模块的转盘一侧的中心同轴固连；所述第二轴承的外圈和所述第二支撑件的通孔固连，内圈和所述第三转轴同轴固连；所述第三转轴的一端和所述第二发动机模拟模块的转盘另一侧的中心同轴固连；所述第一、第二发动机模拟模块的机匣分别套在第一、第二发动机模拟模块的叶片盘外，均和所述第二转轴同轴且均固定在所述底座上；所述第一双光纤传感器设置在所述第一发动机模拟模块的机匣的通孔中，和第一发动机模拟模块的机匣的内壁齐平，用于根据采集器的指令测量第一发动机模拟模块中叶片尖部经过第一双光纤传感器两个探头的时间间隔；所述三自由度位移平台固定在所述底座上；所述固定杆一端和三自由度位移平台的输出平台固连，另一端和所述第二双光纤传感器固连，使得第二双光纤传感器从第二发动机模拟模块的通孔中伸入；所述三自由度位移平台用于通过固定杆调整第二双光纤传感器的位置；所述第二双光纤传感器根据采集器的指令测量第二发动机模拟模块中叶片尖部经过其两个探头的时间间隔；所述第一、第二转速传感器分别对应设置在所述第一、第二发动机模拟模块的叶片盘，分别用于测量第一、第二发动机模拟模块的叶片盘的转速，并将其传递给所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈响响，娄金伟，高涵宇，米江，刘海，胡伟，刘富海，陈果，
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：