CN104374826B - 一种用于测试转子叶片声响应的试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于测试转子叶片声响应的试验装置，涉及发动机结构强度领域，能够解决目前转子叶片的声响应试验不方便、不安全的问题。本发明的试验装置包括相连接的噪声装置和行波试验段，以及位于行波试验段内部的试件夹具、转子叶片和对声响应进行检测的传感器，转子叶片固定设置在试件夹具上；本发明提供的用于测试转子叶片声响应的试验装置，结构简单，可测试不旋转的发动机转子叶片在噪声环境下的振动响应，可以显著降低测试难度，提高安全性能，降低试验成本。

Description

一种用于测试转子叶片声响应的试验装置

技术领域

本发明涉及发动机结构强度领域，尤其涉及一种用于测试转子叶片声响应的试验装置。

背景技术

发动机转子叶片强度设计或失效分析中，需要测试转子叶片在不同物理转速下、不同噪声载荷激励下的转子叶片的声响应，声响应指在噪声激励下结构的振动响应。目前常用的方法，是在发动机压气机部件上施加噪声激励来测试转子叶片在工作状态下的声响应，使得无论是相关试验设备的安装或者测试都十分不方便，成本高，并且危险系数高，对生命财产造成威胁。

为了在静态(发动机转子叶片不旋转)测试噪声环境下转子叶片的振动响应，发明了该试验装置。

发明内容

本发明提供一种用于测试转子叶片声响应的试验装置，能够解决目前转子叶片的声响应试验不方便、不安全的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于测试转子叶片声响应的试验装置，包括：

行波试验段，内部具有沿横向贯穿的内腔，内腔呈长方体型，内腔的底面与水平面平行，且内腔底面处的行波试验段上开设有圆形的安装槽；

噪声装置，设置在所述行波实验段的空腔的一端开口处，用于向所述内腔内部发出声载荷；

试件夹具，水平设置在所述内腔底面处的所述行波试验段上，该试件夹具上具有与所述安装槽相匹配的圆环形底部，试件夹具通过该圆环形底部固定设置在安装槽内，并可在安装槽内绕自身轴线转动；

转子叶片，位于所述行波试验段的内腔中，且竖直固定设置在所述试件夹具上；

传感器，设置在所述行波试验段的内腔中，用于对所述转子叶片在声载荷下的声响应进行检测。

进一步地，所述传感器包括五个，其中一个固定设置在所述内腔顶面处的所述行波试验段上，且位于所述转子叶片的正上方；

其余四个所述传感器设置在所述试件夹具上，且均匀分布在所述转子叶片四周。

进一步地，所述试件夹具上固定设置有四根竖直的安装管，且均匀分布在所述转子叶片四周，每根所述安装管上安装有一个所述传感器。

进一步地，所述的试验装置还包括：

过渡板，固定设置在所述试件夹具顶部，且位于四根所述安装管围成的面积范围内；

所述过渡板顶部沿水平方向开设有榫槽，所述转子叶片的底部具有与所述榫槽相匹配的安装部，所述转子叶片通过所述安装部固定设置在所述榫槽内。

进一步地，所述的试验装置还包括：

拧紧螺栓，从所述过渡板的底部竖直贯穿所述过渡板并伸入所述榫槽内，再与所述转子叶片底部相匹配的螺纹相连接。

进一步地，所述行波试验段的侧壁上开设有矩形窗口，所述矩形窗口上设置有石英玻璃窗。

本发明提供的用于测试转子叶片声响应的试验装置，结构简单，可测试不旋转的发动机转子叶片在噪声环境下的振动响应，可以显著降低测试难度，提高安全性能，降低试验成本。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例用于测试转子叶片声响应的试验装置的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例试验装置得到的试验数据图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的用于测试转子叶片声响应的试验装置进行详细描述。

如图1是根据本发明一个实施例用于测试转子叶片声响应的试验装置的结构示意简图，如图1所示本发明的用于测试转子叶片声响应的试验装置可以包括噪声装置、行波试验段1、试件夹具2、试验件以及传感器等。

噪声装置主要用于提供噪声载荷，可以是多种适合的发声装置，本实施例中优选为控制较为方便的电动气流扬声器。

行波试验段1可以为多种适合的形状，其内部具有沿横向贯穿的内腔；空腔一端的开口与噪声装置密封连接，以接收噪声装置发出的噪声载荷。本实施例中，优选行波试验段1的呈水平放置的长方体型，其内腔也呈长方体型，内腔的底面同样与水平面平行。

行波试验段1的试验能力是依据电动气流扬声器声功率、转子叶片5大小、试验对总声压级要求来进行设计的。

其中，可以通过下面的经验公式计算行波试验段可达到的总声压级大小：

式中：

W—扬声器的声功率，单位是W；

S—行波管的横截面积，单位是m2。

试件夹具2可以为多种适合的结构形状，设置在行波试验段1的内腔中，优选通过螺栓水平固定安装在内腔的底面(即行波试验段1底部的内壁上)，以保证噪声与振动载荷的加载方向的准确性。

转子叶片5位于行波试验段1的内腔中，且固定设置在试件夹具2上。转子叶片5可以多种角度设置在试件夹具2，本实施例中，在试件夹具2的一端与转子叶片5的形状相匹配，用于夹持转子叶片5，并且转子叶片5是竖直设置。即试件夹具2上用于夹持转子叶片5的部分可以根据不同的转子叶片5的形状而有不同的结构，此处不再赘述。

进一步，在行波试验段1底部的内壁上开设有圆形的安装槽(安装口)，而试件夹具2具有与安装槽相匹配的圆环形底部，试件夹具2通过圆环形底部固定设置在安装槽内，并可带动其上的转子叶片5在安装槽内绕自身轴线转动，能够满足转子叶片5需要在多个受声方向进行振动响应测试的试验需求。需要说明的是，实现试件夹具2在安装槽内转动的结构方式可以由很多种，例如试件夹具2可以通过轴承以适合的方式安装在安装槽内，从而来动转子叶片5转动，本发明的重点不在于转动结构，此处不再赘述。

传感器可以包括多个，设置在行波试验段1的内腔中的适合的位置处，用于对转子叶片5在声载荷下的声响应进行检测。本实施例中，传感器包括五个(未示出)，其中一个传感器固定设置在内腔顶面处的行波试验段1上，且位于转子叶片5的正上方，主要用于控制声场；其余四个传感器设置在试件夹具2上，且均匀分布在转子叶片5四周，主要用于测试转子叶片5各角度的声响应。其中，传感器优选采用B&K公司生产的4938型高声强传声器。

进一步，试件夹具2上固定设置有四根竖直的安装管4，且均匀分布在转子叶片5四周，每根安装管4上安装有一个上述传感器，具体是在传感器外部包裹吸声泡沫再安装在安装管4中。

在试件夹具2顶部还通过螺栓固定设置有过渡板9，并且过渡板9是位于四根安装管4围成的面积范围内。在过渡板9顶部沿水平方向开设有榫槽3，榫槽3的横截面可以优选为梯形。在转子叶片5的底部具有与上述榫槽3相匹配的安装部，即可优选为梯形，转子叶片5通过安装部固定设置在榫槽3内，以使得安装更稳固。

本发明试验装置中还包括拧紧螺栓8(图中虚线所示)，是从过渡板9的底部竖直贯穿过渡板9并伸入榫槽3内，再与转子叶片5底部相匹配的螺纹相连接，具体结构不再赘述。拧紧螺栓8可调节对转子叶片5试验件底部的顶紧力，也可依据拧紧力要求设计螺栓类型，满足模拟不同转速时需要不同叶根底部顶紧力的试验需求。

在行波试验段1的侧壁上开设有矩形窗口，矩形窗口上设置有石英玻璃窗7，用于满足高强噪声环境下观察窗的强度要求，也可以观察试验情况，保证了试验人员的安全。

本发明提供的用于测试转子叶片声响应的试验装置，结构简单，与使用在发动机压气机部件上施加噪声激励来测试转子叶片5在工作状态下的振动响应的现有方法相比，可测试发动机转子叶片5在噪声环境下的振动响应，可以显著降低测试难度，提高安全性能，降低试验成本，满足对转子叶片5所受噪声环境进行准确测量与控制的需求。

本发明通过圆形底座形式的试验夹具2，使得转子叶片5试验件可以在不同受声方向下测试试验件的振动响应。通过使用了拧紧螺栓5顶紧力来模拟转速引起的叶片离心力效应，实现在静态(转子叶片不旋转状态)测试转子叶片在噪声环境下的振动响应。并且在行波试验段1上安装了石英玻璃窗7，实现了试验的可视性。

本发明的用于测试转子叶片声响应的试验装置可操作性强，能满足噪声环境下转子叶片振动响应测试试验对不同转速模拟的需求，能满足对转子叶片5所受噪声环境进行准确测量与控制的需求。

本发明的试验装置的安装步骤包括：

1)、转子叶片5与榫槽3相连；

2)、根据试验要求，通过拧紧螺栓8对转子叶片5底部施加特定大小的扭矩；

3)、将榫槽3与圆形底座形式的试件夹具2相连，再在试验夹具2上的四个安装管4内安装传声器；

4)、将圆形底座形式的试验夹具2放置在行波试验段1底部内壁上的圆形安装槽内，可自由调整角度；

5)、最后安装石英玻璃窗7，实现试验的可视性。

另外，在本发明上述实施例的基础上，还可以添加其他的传感器以对转子叶片的其他性能进行测试。例如，可以在转子叶片5使用应变计6来测量应变响应，或者在行波试验段1外部使用激光测振仪测量位移等。因为在行波试验段1侧面开口安装石英玻璃窗7，以能够方便为激光测振仪、高速摄像等仪器测试试验件振动响应提供光的通道。

图2是采用本发明的试验装置，对某型转子叶片5在模拟某个物理转速情况下，测试得到的某个声载荷谱及90°受声方向下的试验件的振动应变响应数据图。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于测试转子叶片声响应的试验装置，其特征在于，包括：

行波试验段(1)，内部具有沿横向贯穿的内腔，内腔呈长方体型，内腔的底面与水平面平行，且内腔底面处的行波试验段(1)上开设有圆形的安装槽；

噪声装置，设置在所述行波实验段(1)的空腔的一端开口处，用于向所述内腔内部发出声载荷；

试件夹具(2)，水平设置在所述内腔底面处的所述行波试验段(1)上，该试件夹具(2)上具有与所述安装槽相匹配的圆环形底部，试件夹具(2)通过该圆环形底部固定设置在安装槽内，并可在安装槽内绕自身轴线转动；

转子叶片(5)，位于所述行波试验段(1)的内腔中，且竖直固定设置在所述试件夹具(2)上；

传感器，设置在所述行波试验段(1)的内腔中，用于对所述转子叶片(5)在声载荷下的声响应进行检测。

2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述传感器包括五个，其中一个固定设置在所述内腔顶面处的所述行波试验段(1)上，且位于所述转子叶片(5)的正上方；

其余四个所述传感器设置在所述试件夹具(2)上，且均匀分布在所述转子叶片(5)四周。

3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述试件夹具(2)上固定设置有四根竖直的安装管(4)，且均匀分布在所述转子叶片(5)四周，每根所述安装管(4)上安装有一个所述传感器。

4.根据权利要求3所述的试验装置，其特征在于，还包括：

过渡板(9)，固定设置在所述试件夹具(2)顶部，且位于四根所述安装管(4)围成的面积范围内；

所述过渡板(9)顶部沿水平方向开设有榫槽(3)，所述转子叶片(5)的底部具有与所述榫槽(3)相匹配的安装部，所述转子叶片(5)通过所述安装部固定设置在所述榫槽(3)内。

5.根据权利要求4所述的试验装置，其特征在于，还包括：

拧紧螺栓(8)，从所述过渡板的底部竖直贯穿所述过渡板(9)并伸入所述榫槽(3)内，再与所述转子叶片(5)底部相匹配的螺纹相连接。

6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述行波试验段(1)的侧壁上开设有矩形窗口，所述矩形窗口上设置有石英玻璃窗(7)。