CN103954384B - 一种在燃气涡轮发动机运行状态下静叶的动应力测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空发动机测试技术，涉及发动机叶片表面动应力测试方法。一种在燃气涡轮发动机运行状态下静叶的动应力测试方法，本方法可以在发动机运行状态下对发动机导流叶片、静子叶片进行动应力测试。因应变片直接粘贴在发动机叶片上进行动测试验，所以测试数据真实、准确，信息完整，容易定量分析，可以为叶片裂纹、掉块等故障分析提供依据，同时为进一步了解发动机叶片表面负荷分布提供可靠数据。

Description

一种在燃气涡轮发动机运行状态下静叶的动应力测试方法

技术领域

本发明属于航空发动机测试技术，涉及发动机叶片表面动应力测试方法。

背景技术

现代飞机对航空发动机性能要求越来越高，如高温、高转速、高推重比，同时要求高可靠性、长寿命等。其中发动机叶片的可靠性与寿命是由叶片结构强度和表面压力负荷及应力的分布情况决定的。然而叶片在发动机运行状态下的动测目前确很少进行，原因是在发动机运行状态下进行动测的条件很难实现。首先，如何找出叶片上的最大应力点，如何布点才能既不影响叶片的应力特性又能准确的测出结果；其次，怎样将应变片准确、牢固地粘贴在测点处以保证测试数据既满足试验任务需求，又不会脱落给发动机造成安全隐患；最后，应变片的引线如何引出，如何确定零件上的引出孔位置及机匣上打孔的位置、如何打孔和密封等都是动测试验所面临的难题。

发明内容

本发明提出一种用于航空发动机运行状态下导流叶片和静子叶片的动应力测试方法，可以在发动机运行状态下对发动机导流叶片、静子叶片进行动应力测试。因应变片直接粘贴在发动机叶片上进行动测试验，所以测试数据真实、准确，信息完整，容易定量分析，可以为叶片裂纹、掉块等故障分析提供依据，同时为进一步了解发动机叶片表面负荷分布提供可靠数据。

一种在燃气涡轮发动机运行状态下静叶的动应力测试方法，本方法包括以下步骤：

一、确定应变片粘贴位置。利用模态试验和仿真计算给出导流叶片或静子叶片实际约束条件下的应力分布云图，选取云图上应力分布的最大区域再结合所需分析叶片出现裂纹或掉块缺陷问题的实际部位，确定应变片粘贴位置；

二、应变片的粘贴固化。选择军品级中温应变片及相应的胶粘剂，并按照胶粘剂相应的粘贴方式将应变片粘贴并可靠地固定，固定时，应变片4涂高温胶后，用涂有均匀高温胶的布2压住应变片4，应变片4导线也以同样方法排布整齐定位固化。在布2上覆盖上一张聚四氟乙烯薄膜3，在叶片5两面各加垫一层2mm厚的硅橡胶板1，之后将包垫好的叶片装入凸夹紧板6、凹夹紧板7之中，夹紧时，拧紧螺栓，压紧硅胶板1，使硅胶板1变形，保证各个点紧密贴合，应变片4粘接牢靠，然后放入烘箱内加温固化。应变片粘贴固化后需检查应变片的阻值及绝缘，若应变片阻值或绝缘电阻不正确，则必须铲除重新粘贴、固化；

三、应变片导线的引出。应变片粘贴在叶片的叶盆和叶背上后，应变片的导线在叶片上也需按最短路径排布整齐固化在叶面上，固化方法与应变片相同，导流叶片在外轴颈与叶面相连处钻孔，孔能引出导线即可，穿出导线后用硅胶密封；静子叶片在叶片外底座与叶面连接处开槽将导线引出，应变片导线走线方向均按引出方向排布。按贴片叶片在发动机上的安装位置，在一对贴片叶片中间位置的机匣上钻孔，一对贴片即一片贴在叶背，另一片贴在叶盆，安装引线孔座，将引线穿出引线孔后，在孔中塞棉线并用环氧树脂胶密封；

四、以上准备工作就绪后即可开始动测试验，动测时发动机在全转速范围内全程测试，并采集测试数据，之后对所采集到的动态应变信号进行分析处理。

该方法将模态分析、仿真计算与动应力测试技术相结合，使发动机整机运行状态下的动测得以实现，测试数据真实可靠，可真实的反应叶片表面应力的分布及变化情况，为分析叶片缺陷及故障问题提供数据和依据，并为进一步了解发动机叶片表面负荷分布提供可靠数据。

附图说明

附图1为动态应变测试分析系统框图；

附图2为叶片应变片夹紧固化的夹紧工装示意图；其中：1.硅胶板；2.布；3.聚四氟乙烯薄膜；4.应变片；5.叶片；6.凸夹紧板；7.凹夹紧板。

图中电阻应变片分别按要求粘贴在叶片的相应位置上，并按照要求进行加温固化后，其引线通过中介机匣壁上的孔引出并接入动态应变调理系统的相应通道上，信号采集与分析系统对应变信号进行预调平衡、采集、显示、储存及事后分析。测控系统在发动机全转速范围内全程测试，并采集测试数据进行分析处理。

具体实施方式

一、确定应变片粘贴位置。利用模态试验和仿真计算给出导流叶片或静子叶片实际约束条件下的应力分布云图，选取云图上应力分布的最大应力区域再结合所需分析叶片出现裂纹或掉块等缺陷问题的实际部位，确定应变片粘贴位置，之后按确定的位置将应变片分别粘贴在叶片的叶盆和叶背处；

二、应变片的粘贴固化。由于叶片是安装在发动机机匣内的，工作时机匣内的温度一般会接近200℃左右，另外还有较高的压力和流速，所以应变片的粘贴必须牢固，否则如果在发动机工作过程中脱落会给发动机造成安全隐患。因此需选择军品级中温应变片及相应的胶粘剂，并按照要求的粘贴方式将应变片粘贴并可靠地固定，固定可采用如图1所示工装，应变片4涂高温胶后，用涂有均匀高温胶的布2压住应变片4，应变片4导线也以同样方法排布整齐定位固化。在布2上覆盖上一张聚四氟乙烯薄膜3(为防止高温胶粘牢硅胶板)，在叶片5两面各加垫一层2mm厚的硅橡胶板1，之后将包垫好的叶片装入凸夹紧板6、凹夹紧板7之中，夹紧时，拧紧螺栓，压紧硅胶板1，使硅胶板1变形，保证各个点紧密贴合，应变片4粘接牢靠，然后放入烘箱内加温固化。加温固化程序可按照应变片及胶粘剂使用要求进行。应变片粘贴固化后需检查应变片的阻值及绝缘，若应变片阻值或绝缘电阻(应大于20兆欧)不正确，则必须铲除重新粘贴、固化；军品级中温应变片可选择国产的BB120-4AA250(23)-G500和F-601胶粘剂。

三、应变片导线的引出。应变片粘贴在叶片的叶盆和叶背上后，应变片的导线在叶片上也需按最短走线距离排布整齐固化在叶面上(固化方法与应变片相同)，导流叶片可在外轴颈与叶面相连处钻孔(孔能引出导线即可，穿出导线后用硅胶密封)将导线引出；静子叶片可在叶片外底座与叶面连接处开槽将导线引出，应变片导线走线方向均按引出方向排布。导线穿出叶片后还需穿过机匣才能引到发动机腔体外进行测试。按贴片叶片在发动机上的安装位置，在一对贴片叶片(即一片贴在叶背，另一片贴在叶盆)中间位置的机匣上钻孔，安装引线孔座，将引线穿出引线孔后，在孔中塞棉线并用环氧树脂胶密封，以防机匣漏气影响发动机性能。

以上准备工作就绪后即可开始动测试验，动测可采用如图1所示测试系统。动测时发动机在全转速范围内全程测试，并采集测试数据，之后对所采集到的动态应变信号进行分析处理。数据分析时，首先对信号进行必要的滤波、奇异点剔除等预处理，并按照发动机的运行状态进行截断，之后对发动机不同的运行转速分别进行时域统计分析。应变平均值主要由发动机内温度及气流静压分量等引起，反映叶片的静应变水平；应变峰峰值主要由发动机振动及气流动压分量等引起，反映叶片的动变形；另外还需对发动机不同的运行转速分别进行频谱分析，给出各测点在不同转速下谱分析的总均方根值。通过以上的测试与分析，可以准确的确定出叶片应力分布及最大应力出现的位置，为叶片掉块及缺陷引起的断裂等现象提供数据和依据。

Claims (1)

1.一种在燃气涡轮发动机运行状态下导流叶片或静子叶片的动应力测试方法，其特征是，本方法包括以下步骤：

一、确定应变片粘贴位置；利用模态试验和仿真计算给出导流叶片或静子叶片实际约束条件下的应力分布云图，选取云图上应力分布的最大区域再结合所需分析叶片出现裂纹或掉块缺陷问题的实际部位，确定应变片粘贴位置；

二、应变片的粘贴固化；选择军品级中温应变片及相应的胶粘剂，并按照胶粘剂相应的粘贴方式将应变片粘贴并可靠地固定，固定时，应变片涂高温胶后，用涂有均匀高温胶的布压住应变片，应变片导线也以同样方法排布整齐定位固化；在布上覆盖上一张聚四氟乙烯薄膜，在叶片两面各加垫一层2mm厚的硅橡胶板，之后将包垫好的叶片装入凸夹紧板、凹夹紧板之中，夹紧时，拧紧螺栓，压紧硅胶板，使硅胶板变形，保证各个点紧密贴合，应变片粘接牢靠，然后放入烘箱内加温固化；应变片粘贴固化后需检查应变片的阻值及绝缘，若应变片阻值或绝缘电阻不正确，则必须铲除重新粘贴、固化；

三、应变片导线的引出；应变片粘贴在叶片的叶盆和叶背上后，应变片的导线在叶片上也需按最短路径排布整齐固化在叶面上，固化方法与应变片相同，导流叶片在外轴颈与叶面相连处钻孔，孔能引出导线即可，穿出导线后用硅胶密封；静子叶片在叶片外底座与叶面连接处开槽将导线引出，应变片导线走线方向均按引出方向排布；按贴片叶片在发动机上的安装位置，在一对贴片叶片中间位置的机匣上钻孔，一对贴片即一片贴在叶背，另一片贴在叶盆，安装引线孔座，将引线穿出引线孔后，在孔中塞棉线并用环氧树脂胶密封；

四、以上准备工作就绪后即可开始动应力测试，动应力测试时发动机在全转速范围内全程测试，并采集测试数据，之后对所采集到的动态应变信号进行分析处理。