CN105241590A - 运行状态下放气带摇臂动应力测试方法及应变片固定装置 - Google Patents

Abstract

运行状态下放气带摇臂动应力测试方法及应变片固定装置，测试方法包括以下步骤：步骤一、根据应力测试位置，确定应变片的粘贴位置；步骤二、应变片涂高温胶后，将均匀涂有同样高温胶的布片压住应变片，在布片上覆盖聚四氟乙烯膜，在聚四氟乙烯膜上垫硅胶板和金属板，使用卡兰夹紧，加热固化，完成粘贴；步骤三、对于粘贴好的应变片，卸下应变片上的卡兰及聚四氟乙烯膜、硅胶板和金属板，将应变片的导线引出，连接外部设备测试。固定装置包括通过卡兰夹紧在摇臂上的应变片，布片，聚四氟乙烯膜，硅胶板及金属板，应变片粘贴在测试位置，应变片上粘贴有布片，布片上覆盖聚四氟乙烯膜，聚四氟乙烯膜上依次垫有硅胶板和金属板；本发明测试数据可靠。

Description

运行状态下放气带摇臂动应力测试方法及应变片固定装置

技术领域

本发明涉及航空燃气涡轮发动机测试技术，具体涉及一种运行状态下放气带摇臂动应力测试方法及应变片固定装置。

背景技术

现代飞机对航空发动机性能的要求越来越高，不仅要求高可靠性，还要求高寿命。其中发动机的可靠性与寿命是由各零部件的结构强度，表面压力负荷以及应力的分布情况决定的。然而发动机在运行状态下，会产生高速热气流，零部件在这种环境下频繁动作时的应力应变性能动态检测，目前却进行的很少，原因是发动机在运行状态下动态检测的条件很难实现，但此类零件断裂故障却是航空发动机常见的故障之一，由于其结构的特殊性，如何测试其在工作过程的受力状态，是排除故障的难点。

发动机高压压气机放气机构的主要构件放气带传动件摇臂就属于这类零件的其中之一，其摇臂的安装结构如图1所示。放气带摇臂转轴安装在中介机匣外套管中，其内端用支架固定在中介机匣分隔环上，摇臂内端有一个“U”形拨叉，与高压七级放气带相连接，其外端用螺母固定在中介机匣的安装凸台上，摇臂的外端有外花键，与防喘系统放气带控制杆连接。当控制杆往复运动时，摇臂摆动带动放气带启、闭。摇臂断裂位置位于底座与杆部退刀槽相接的转接R内侧见图3，紧靠发动机中介机匣和高压机匣内侧，以往未进行过动态测试。

要测试摇臂断裂处应力分布状况，存在以下问题。首先，虽然知道摇臂断裂故障的位置，但断裂位置由于其结构以及工作位置摆动等原因影响无法粘贴应变片；其次，在可测试的位置如何将应变片准确、牢固地粘贴，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难以保证；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等也是动测试验所面临的难题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种运行状态下放气带摇臂动应力测试方法及应变片固定装置，能够将应变片直接粘贴在发动机摇臂上进行动测试验，测试数据真实、准确，信息完整，容易进行定量分析。

为了实现上述目的，本发明运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，包括以下步骤：

步骤一、根据应力测试位置，确定应变片的粘贴位置；

步骤二、应变片涂上高温胶后，将均匀涂有同样高温胶的布片压住应变片，在布片上覆盖聚四氟乙烯膜，然后在聚四氟乙烯膜上垫一层硅胶板，并在硅胶板上再垫一块金属板，最后使用卡兰夹紧，加热固化，完成粘贴；

步骤三、对于粘贴好的应变片，卸下应变片上的卡兰及聚四氟乙烯膜、硅胶板和金属板，将应变片的导线引出，连接外部设备进行测试。

所述的步骤一中将应变片直接粘贴在测试位置进行测试；或者当测试位置处无法粘贴应变片时，将应变片粘贴在测试位置的对立面，通过转换关系换算出实际测试位置的应力值。

所述的应变片和高温胶选用军品级中温应变片及其相应的胶粘剂。

所述的应变片选用中航工业电测仪器股份有限公司制造的BB120-4AA250-G500应变片。

所述的硅胶板的厚度为2mm。

所述的步骤二中应变片粘贴好之后，检查应变片的绝缘阻值，若不大于20兆欧，需铲除重做；重做时，将应变片的粘贴面清理干净，再重复步骤二的所有操作。

所述的步骤三中通过在摇臂摆动轴的轴杆中心进行钻孔，将应变片的导线引出。

所述的引出导线固化与应变片固化同步进行，导线引出孔的孔口处粘贴定位布，导线沿定位布穿出，导线与引出孔的缝隙用胶填满，随应变片一起加热固化。

测试过程中发动机在全转速范围内全程测试，并采集测试数据，对采集到的动态应变信号进行分析；数据分析时，按照发动机不同工况时的转速进行截断，对应出各工况状态的应力值和变化趋势，对应变的时域曲线进行时域统计分析和频谱分析；

测试出的应变成分主要包括静应力、动应力和冲击应力；静应力以应变平均值表示，动应力以应力峰峰值表示，冲击应力指发动机在加减速过程中，随着摇臂动作，在转速达到放气带将要关闭和打开时的瞬间应力。

本发明运行状态下放气带摇臂动应力测试应变片固定装置采用的技术方案为：

包括粘贴在测试位置的应变片，应变片上粘贴有布片，布片上覆盖有聚四氟乙烯膜，聚四氟乙烯膜上垫有一层硅胶板，硅胶板上垫有一块金属板；所述的应变片，布片，聚四氟乙烯膜，硅胶板及金属板依次排布好之后，通过卡兰夹紧在摇臂上，加热固化后，完成应变片的粘贴；对于粘贴好的应变片，卸下卡兰以及聚四氟乙烯膜、硅胶板和金属板，再将应变片的导线引出，连接外部设备即能够进行测试。

与现有技术相比，本发明运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，通过将应变片分别按要求粘贴在摇臂的相应位置上，然后使用布片压住应变片，布片上覆盖聚四氟乙烯膜，再在聚四氟乙烯膜上垫一层硅胶板，聚四氟乙烯膜是为了防止高温胶将硅胶板粘牢，硅胶板上再垫一块金属板，最后使用卡兰夹紧，夹紧时，拧紧卡兰的螺栓，压紧硅胶板，使硅胶板变形，保证各个点紧密贴合，使应变片粘接牢靠，然后加热固化，即完成应变片粘贴。对于粘贴好的应变片，卸下应变片上的卡兰以及聚四氟乙烯膜、硅胶板和金属板，将应变片的导线引出，连接外部设备即能够进行测试，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。本发明能够准确确定出摇臂在各工况转速下的应力分布及最大应力出现的位置，为放气带摇臂断裂故障的分析提供依据。

进一步的，本发明对于无法粘贴应变片的位置，将应变片粘贴在测试位置的对立面，通过转换关系和有限元计算，从而换算出实际测试位置的应力值。

进一步的，本发明通过在摇臂摆动轴的轴杆中心进行钻孔，将应变片的导线引出，该方法既不影响摇臂和机构的动作，又巧妙地将测试导线引到了机匣外部，使发动机整机在运行状态下的动态测试得以实现，测试数据真实可靠，能够真实的反应放气带摇臂断裂面的应力分布及变化情况，为分析放气带摇臂断裂故障问题提供数据和依据。

与现有技术相比，本发明运行状态下放气带摇臂动应力测试应变片固定装置，通过在测试位置粘贴应变片，应变片上粘贴布片，布片是为了固定应变片的位置，布片上覆盖有聚四氟乙烯膜，聚四氟乙烯膜是为了防止粘贴剂硅胶板粘牢，聚四氟乙烯膜上垫有一层硅胶板，硅胶板受力后能够变形，从而使应变片粘贴均匀牢固，硅胶板上垫有一块金属板，金属板使卡兰施加的压力均匀的传递给应变片，对于粘贴好的应变片，卸下卡兰以及聚四氟乙烯膜、硅胶板和金属板，再将应变片的导线引出，连接外部设备即能够进行测试。本发明固定装置解决了中温应变片难以固定位置、粘贴以及固化的问题，能够使使应变片粘贴均匀、牢固。

附图说明

图1本发明摇臂的装配示意图；

图2动态应变测试分析系统结构框图；

图3(a)本发明摇臂断裂位置的主视图；

图3(b)本发明摇臂断裂位置的侧视图；

图4(a)本发明放气带摇臂贴片及引线主视图；

图4(b)本发明放气带摇臂贴片及引线侧视图；

图5本发明放气带摇臂动应力测试应变片固定装置结构示意图；

附图中：1.卡兰；2.应变片；3.布片；4.聚四氟乙烯膜；5.硅胶板；6.金属板；7.放气带控制杆；8.外套管；9.中介机匣；10.支架；11.贴片面；12.高压机匣；13.摇臂；14.放气带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图2，图5，本发明放气带摇臂动应力测试方法，电阻应变片2分别按要求粘贴在摇臂的相应位置上，并按照要求进行加温固化，使其引线通过摇臂摆轴杆部的中心钻孔引出并接入多通道数据采集箱的相应通道上，动态信号采集分析系统对放气带摇臂应力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采集。

本发明放气带摇臂动应力测试方法的具体步骤如下：

一、确定应变片粘贴位置。本发明所涉及零件的断裂位置如图3(a)与图3(b)所示，裂口起始位置在零件的转接R处，此处根本无法粘贴应变片2。根据相同零件相同位置正反两面标定的转换关系：即大小相等，方向相反。可将应变片2粘贴在零件断裂处的背面，通过转换关系换算到断裂面，之后再通过有限元计算，将测试结果换算成实际断裂的应力值；

二、应变片2的粘贴固化。由于摇臂是安装在发动机机匣内在流道中摆动工作的，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2的粘贴必须牢固，否则在发动机工作过程中脱落会给发动机运行造成安全隐患。因此需选择军品级中温应变片及相应的胶粘剂，本发明试验中使用的应变片为中航工业电测仪器股份有限公司制造的BB120-4AA250-G500应变片，并按照胶粘剂要求的粘贴方式将应变片2粘贴，并可靠地固定。固定采用如图5所示的方法，应变片2涂高温胶后，用同样涂有均匀高温胶的布片3压住应变片2，应变片2导线也以同样方法排布整齐定位固化。在布片3上覆盖上一张聚四氟乙烯薄膜4，防止高温胶粘牢硅胶板5，再在聚四氟乙烯薄膜4上垫一层2mm厚的硅胶板5，在硅胶板5上再垫一块大小薄厚适合的金属板6。之后将包垫好的摇臂端面用大小适合的卡兰1进行夹紧。夹紧时，拧紧卡兰1的螺栓，压紧硅胶板5，使硅胶板5变形，保证各个点紧密贴合，应变片2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2粘贴固化后需检查应变片2的阻值及绝缘，应变片2阻值或绝缘电阻应大于20兆欧，若不正确，则必须铲除重新粘贴、固化；

三、应变片2导线的引出。应变片2粘贴在摇臂端面后，应变片2的导线必须引到机匣的外面连接测试设备才可进行测试。因此导线的引出方式非常重要，导线既不能受力断在机匣内流道中，又不能阻碍零件的摆动。本发明引线方式是在摇臂摆动轴的杆部中心钻直径为2mm的通孔，保证导线能够穿过即可，将导线引出至机匣外，该处引出导线既不会影响摇臂和放气机构的动作，又不会使导线在摇臂摆动时受力。具体如图4(a)与图4(b)所示，摇臂贴片面引线固化引出可与应变片的固化同步进行，引线孔处可用布剪大小适合的孔先将导线穿过，作为定位布，再将布面孔沿摇臂所钻孔边贴合用粘贴应变片的胶粘贴固定，保证引线粘贴固定牢靠不磨碰，引线后孔的缝隙也用胶尽量填满，随应变片一起放烘箱内加温固化。

以上准备工作就绪后即可开始动测试验，采用如图2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，可按照发动机不同工况时的转速进行截断，对应出各工况状态应力应变值和变化趋势，还可对应变的时域曲线进行时域统计分析和频谱分析。由于摇臂是随着放气机构的动作而带动放气带开关的，测试出的应变成分主要包括：静应力、动应力和冲击应力。静应力主要由摇臂所受机械力、温度及气流静压分量等引起，以应变平均值表示。动应力主要由摇臂振动及气流动压分量等引起，以应力峰峰值表示。发动机在加减速过程中，随着摇臂的动作，在转速达到放气带将要关闭和打开的瞬间，摇臂均有一瞬间的冲击应力。

通过对以上各种应力的测试与分析，能够准确地确定出摇臂在各工况转速下的应力分布及最大应力出现的位置，为放气带摇臂断裂故障的分析提供数据和依据。

本发明的测试方法将动应力测试与有限元计算方法相结合，通过在摇臂摆动轴杆部中心钻孔的方式将测试导线引出。该方法既不影响摇臂和机构的动作，又巧妙地将测试导线引到了机匣外部，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，能够真实的反应放气带摇臂断裂面的应力分布及变化情况，为分析放气带摇臂断裂故障问题提供数据和依据，同时为进一步分析摇臂转接R处受力状况和设计改进、改型提供可靠的数据支持。

Claims (10)

1.一种运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、根据应力测试位置，确定应变片(2)的粘贴位置；

步骤二、应变片(2)涂上高温胶后，将均匀涂有同样高温胶的布片(3)压住应变片(2)，在布片(3)上覆盖聚四氟乙烯膜(4)，然后在聚四氟乙烯膜(4)上垫一层硅胶板(5)，并在硅胶板(5)上再垫一块金属板(6)，最后使用卡兰(1)夹紧，加热固化，完成粘贴；

步骤三、对于粘贴好的应变片(2)，卸下应变片(2)上的卡兰(1)及聚四氟乙烯膜(4)、硅胶板(5)和金属板(6)，将应变片(2)的导线引出，连接外部设备进行测试。

2.根据权利要求1所述的运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，其特征在于：所述的步骤一中将应变片(2)直接粘贴在测试位置进行测试；或者当测试位置处无法粘贴应变片(2)时，将应变片(2)粘贴在测试位置的对立面，通过转换关系换算出实际测试位置的应力值。

3.根据权利要求1或2所述的运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，其特征在于：所述的应变片(2)和高温胶选用军品级中温应变片及其相应的胶粘剂。

4.根据权利要求3所述的运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，其特征在于：所述的应变片(2)选用中航工业电测仪器股份有限公司制造的BB120-4AA250-G500应变片。

5.根据权利要求1所述的运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，其特征在于：所述的硅胶板(5)的厚度为2mm。

6.根据权利要求1所述的运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，其特征在于：所述的步骤二中应变片(2)粘贴好之后，检查应变片的绝缘阻值，若不大于20兆欧，需铲除重做；重做时，将应变片(2)的粘贴面清理干净，再重复步骤二的所有操作。

7.根据权利要求1所述的运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，其特征在于：所述的步骤三中通过在摇臂摆动轴的轴杆中心进行钻孔，将应变片(2)的导线引出。

8.根据权利要求1或7所述的运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，其特征在于：所述的引出导线固化与应变片(2)固化同步进行，导线引出孔的孔口处粘贴定位布，导线沿定位布穿出，导线与引出孔的缝隙用胶填满，随应变片(2)一起加热固化。

9.根据权利要求1所述的运行状态下放气带摇臂动应力测试方法，其特征在于：测试过程中发动机在全转速范围内全程测试，并采集测试数据，对采集到的动态应变信号进行分析；数据分析时，按照发动机不同工况时的转速进行截断，对应出各工况状态的应力值和变化趋势，对应变的时域曲线进行时域统计分析和频谱分析；

测试出的应变成分主要包括静应力、动应力和冲击应力；静应力以应变平均值表示，动应力以应力峰峰值表示，冲击应力指发动机在加减速过程中，随着摇臂动作，在转速达到放气带将要关闭和打开时的瞬间应力。

10.一种运行状态下放气带摇臂动应力测试应变片固定装置，其特征在于：包括粘贴在测试位置的应变片(2)，应变片(2)上粘贴有布片(3)，布片(3)上覆盖有聚四氟乙烯膜(4)，聚四氟乙烯膜(4)上垫有一层硅胶板(5)，硅胶板(5)上垫有一块金属板(6)；所述的应变片(2)，布片(3)，聚四氟乙烯膜(4)，硅胶板(5)及金属板(6)依次排布好之后，通过卡兰(1)夹紧在摇臂上，加热固化后，完成应变片(2)的粘贴；对于粘贴好的应变片(2)，卸下卡兰(1)以及聚四氟乙烯膜(4)、硅胶板(5)和金属板(6)，再将应变片(2)的导线引出，连接外部设备即能够进行测试。