CN106989932B - 测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向气动探针位移装置 - Google Patents

Abstract

一种涡喷航空发动机的内部流场多断面气动参数测量的三向移测装置，其包括一个周向机构、一个滚转机构、一个径向机构以及一个旋转叶栅试验台，该旋转叶栅试验台的内部设有一个轴流压气机，外部设有一个周向安装架以及一个径向安装架，并且该旋转叶栅试验台进一步具有一个狭长的第一通孔、一个狭长的第二通孔以及一个狭长的第三通孔，该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔相互间隔，并且该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔分别连通于该旋转叶栅试验台的外部和内部，其中该周向机构安装于周向安装架上，该径向机构安装于径向安装架，滚转机构则与径向机构固定，气动探针则通过自动定心装置固定在滚转机构上完成±90°的滚转运动，同时径向机构的径向移动实现探针在各狭长通孔中的不同位置的探测。

Description

测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向气动探针位 移装置

技术领域

本发明涉及一种三向位移装置，特别是涉及到一种测量涡扇发动机级间流场多截面气动探针参数的三向位移装置。

背景技术

随着科技的进步和社会的发展，现在的中国作为世界大国之一，其综合国力和世界影响力逐步提升。我国自1956年以来一直把航天事业作为国家整体发展战略的重要组成部分，经历了艰苦创业、配套发展、改革振兴和走向世界等几个重要时期，迄今已达到相当的规模和水平，有了完整配套的研究、设计、生产和试验体系，取得了显著的社会效益和经济效益。同时航空航天事业作为国家的综合国力的象征，也是国防现代化的重要体现，几十年来随着航空航天事业的快速发展，国家的航天设备在保卫国家和人民安全方面发挥着重要作用。

尽管航空事业有了举世瞩目的发展成就，但是相比于美国等世界航空大国，差距仍然是明显的。同时我国的航空工业发展长期以来受制于航空发动机，具有自主知识产权的航空器却配置的是国外的发动机，这样的发展是相当不利的。

航空发动机属于一种高度复杂和精密的热力机械，为航空器提供飞行所需动力的发动机，认为是航空器的心脏，直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，是一个国家科技、工业和国防实力的重要体现。发动机对飞机的性能和飞机研制的成败有着决定性的影响。在涡扇航空发动机内部，压气机作为航空发动机的主要部件，是向气体传输机械能、完成发动机热力循环中气体的压缩过程，以提高气体压力的机械装置。压气机的主要作用就是将进入发动机的空气压力提高，为燃烧室提供高压空气，以提高发动机热力循环的效率。

压气机根据气流在压气机中的流动方向可将压气机分为轴流式压气机和离心式压气机。在轴流式压气机中，旋转主轴轴向装有多级叶轮，若干叶轮固定在压气机的转轴上构成压气机转子，转子上面的叶片与主轴一起转动，称为动叶；而在两级动叶之间还需装上一组静止的叶片(简称静叶)，静叶有着不可忽视的作用，它对空气起着整流作用，这样可以大大提高空气压缩的效率。

随着新一代飞机机敏性的进一步提高，对发动机的稳定性要求也越来越高，而气动的不稳定现象对发动机稳定工作有着不利的影响，因此测量压气机级间(转子前、后)及整流叶栅后的三个截面相关气动参数有着重大的意义。因此，本发明提供一种测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用可靠的涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置。

为了达到上述目的，本发明提供测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置，其中该涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置包括：

(a)一个周向机构；

(b)一个滚转机构(包含3套独立的运动装置)；

(c)一个径向机构(包含3套独立的运动装置)；

(d)整套密封装置；

(e)一个旋转叶栅试验台、以及若干气动探针；

该旋转叶栅试验台的内部设有一个轴流压气机，该旋转叶栅试验台的外部设有用于安装整个设备的堵盖(带螺纹孔)、一个周向安装架以及一个径向安装架，并且该旋转叶栅试验台在对应位置开有狭长的第一通孔、第二通孔以及第三通孔，该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔相互间隔，并且该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔分别连通于该旋转叶栅试验台的外部和内部，其中该周向机构安装于周向安装架上，该径向机构安装于径向安装架，滚转机构则与径向机构固定，气动探针则通过自动定心装置固定在滚转机构上完成±90°的滚转运动，同时径向机构的径向移动实现探针在各狭长通孔中的不同位置的探测。

作为对本发明的该测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置的进一步优选的实施例，该周向机构包括一个周向安装架、一个周向电机、一个弧形的齿条、一个滚轮、一个弧形的轨道、两个轨道滑块以及一个周向刻度尺，该周向安装架安装于该旋转叶栅试验台的堵盖上面，该周向刻度尺设置于该周向安装架的弧形的外侧面，该齿条和该轨道分别设置于该周向安装架的外侧，并且该齿条和该轨道的弧度相同，该周向电机安装于该径向安装架，该滚轮分别连接于该周向电机和啮合于该齿条，以藉由该周向电机驱动，该轨道滑块可滑动地设置于该轨道，并且该轨道滑块连接于径向安装架，其中当该周向电机驱动该滚轮沿着该齿条形成的轨道运动的同时，该轨道滑块被驱动以沿着该轨道形成的轨道运动，并且该周向刻度尺显示该轨道滑块移动的幅度。

作为对本发明的该测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置的进一步优选的实施例，该周向机构包括一个周向指针，该周向指针设置于在径向安装架，并且该周向指针对应于该周向刻度尺，该轨道滑块带动径向安装架旋转，同时周向指针同步地移动，以藉由该周向指针指向该周向刻度尺。

作为对本发明的该测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置的进一步优选的实施例，该周向机构包括一个谐波减速机，该谐波减速机连接于该周向电机和该滚轮，以使该周向电机产生的驱动力在经过该谐波减速机的传递后传输到该滚轮。

作为对本发明的该测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置的进一步优选的实施例，该周向电机带有抱闸。

作为对本发明的该测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置的进一步优选的实施例，该周向机构包括一个连接端口，该连接端口用于接收电脑程序。

作为对本发明的该测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置的进一步优选的实施例，该径向机构包括至少一个径向电机、至少一个弹性联轴器、至少一个含内滑块的直线模组以及至少一个径向刻度尺，其中各个该直线模组相互间隔地安装于该旋转叶栅试验台的该径向安装架，各个该弹性联轴器分别设置于各个该直线模组，各个该径向电机分别设置于各个该弹性联轴器的端部，各个该内滑块分别可滑动地设置于各个该弹性联轴器，各个该径向刻度尺分别相邻地设置于各个模组侧边，其中各个该径向电机驱动通过各个该弹性联轴器分别驱动各个该内滑块沿着各个该弹性联轴器运动，并且各个该径向刻度尺分别显示各个该内滑块移动的幅度。

作为对本发明的该测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置的进一步优选的实施例，该滚转机构包括一个滚转安装座、一个滚转电机、一个减速机、一个气动探针、两个连接齿轮以及一个卡盘，该滚转安装座安装于该径向机构的内滑块上，该减速机安装于该滚转安装座，该滚转电机安装于该减速机，以藉由该减速机传输该滚转电机输出的动力，该连接齿轮设置于该减速机，该气动探针设置于该卡盘，并且该卡盘和大齿轮通过螺钉连接，该大小齿轮啮合以使该滚转电机输出的动力依次通过该减速机和该连接齿轮传输至该气动探针，从而驱动该气动探针绕自身轴线转动，该卡盘设置于该气动探针。

作为对本发明的该测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置的进一步优选的实施例，该涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置包括三个密封机构，各个该密封机构分别设置于该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔，其中该密封机构包括一个上锯齿密封件、一个下锯齿密封件和一个探针套，各个该上锯齿密封件和各个该下锯齿密封件分别设置于该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔的上部和下部，各个该探针套分别设置于各个该上锯齿密封件和各个该下锯齿密封件之间。

本发明的该涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置的优势在于：

本发明的该测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置包括一个周向机构、一个滚转机构、一个径向机构、整套密封机构以及一个旋转叶栅试验台，该旋转叶栅试验台的内部设有一个轴流压气机，该旋转叶栅试验台的外部设有堵盖、一个周向安装架以及一个径向安装架，并且该旋转叶栅试验台对应开有一个狭长的第一通孔、一个狭长的第二通孔以及一个狭长的第三通孔，该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔相互间隔，并且该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔分别连通于该旋转叶栅试验台的外部和内部，其中该周向机构安装于该周向安装架，该径向机构安装于该径向安装架，该滚转机构安装于该径向机构的该内滑块。该周向机构、该滚动机构、该径向机构采用串联的形式组合在一起，并且该涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置的各个自由度相互独立，各个探针之间不受影响，同时控制方法简单，以保证该涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置的结构稳定性和可靠性。另外，该周向机构没有采用常规的齿轮齿条啮合方式，而是采用了新型的滚轮齿条方法，能够有效地避免返间传动的回程间隙，大大提高了传动精度，并且安装简单方便，有利于控制该涡轮航空发动机内部流场多截面气动参数测量三向移测装置的成本。该滚转机构采用自动定心的方式保证气动探针的同轴度，以提高该涡扇航空发动机内部流场多截面气动参数测量三向移测装置测试结构的可靠性和精度。并且该涡扇航空发动机内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置采用可调节式密封方式进行密封，以保证该气动探针的周向运动时该气动探针不会受力。

附图说明

为了获得本发明的上述和其他优点和特点，以下将参照附图中所示的本发明的具体实施例对以上概述的本发明进行更具体的说明。应理解的是，这些附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被视为对本发明的范围的限制，通过使用附图，将对本发明进行更具体和更详细的说明和阐述。在附图中：

图1是本发明的涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置的旋转叶栅试验台的示意图。

图2是本发明的涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置的周向机构的示意图。

图3是本发明的涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置的径向机构的示意图。

图4是本发明的涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置的偏航机构的示意图。

图5涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

如图1至图4所示，依本发明的发明精神提供一种测量涡扇发动机级间流场多截面气动参数的三向位移装置，其包括一个周向机构10、一个滚转机构20、一个径向机构30以及一个旋转叶栅试验台40，该周向机构10、该滚转机构20以及该径向机构30整体安装于该旋转叶栅试验台40。

进一步地，该旋转叶栅试验台40的内部安装有一个轴流压气机，在旋转试验台外部加工有易于安装的堵盖54，该旋转叶栅试验台40的外部设有一个周向安装架41以及一个径向安装架42，并且该旋转叶栅试验台40进一步具有一个狭长的第一通孔43、一个狭长的第二通孔44以及一个狭长的第三通孔45，该第一通孔43、该第二通孔44和该第三通孔45相互间隔，并且该第一通孔43、该第二通孔44和该第三通孔45分别连通于该旋转叶栅试验台40 的外部和内部，其中该周向机构10通过多个螺钉连接在试验台的堵盖54上，该径向机构30 安装于该径向安装架42。

如图2，该周向机构10包括一个周向安装架11、一个周向电机12、一个弧形的齿条13、一个滚轮14、一个弧形的轨道15、两个轨道滑块16以及一个周向刻度尺17。该周向安装架 11安装于该旋转叶栅试验台40上的堵盖54上，该轴向刻度尺17设置于该周向安装座11的弧形的外侧面，该齿条13和该轨道15分别设置于该周向安装座11的外侧，并且该齿条13和该轨道15的弧度相同，该周向电机12安装于该径向安装架42，该滚轮14分别连接于该周向电机12和啮合于该齿条13，以藉由该周向电机驱动，该轨道滑块16可滑动地设置于该弧形轨道15，并且该轨道滑块16连接于径向安装架42，其中当该周向电机12驱动该滚轮 14沿着该齿条13形成的轨道运动的同时，该轨道滑块16被驱动以沿着该轨道15形成的轨道运动，并且该周向刻度17尺显示该轨道滑块16移动的幅度。优选地，该周向电机12带有抱闸，即该周向电机12是带抱闸的电机。

进一步地，该周向机构10包括一个周向指针18，该周向指针18设置于该径向安装架42，并且该周向指针18对应于该周向刻度尺17，该轨道滑块16带动该周向指针18同步地移动，以藉由该周向指针18指向该周向刻度尺17，从而帮助试验人员定性地读取该轨道滑块16移动的幅度。

更进一步地，该周向机构10包括一个谐波减速机19，该谐波减速机19连接于该周向电机12和该滚轮14，以使该周向电机12产生的驱动力在经过该谐波减速机19的传递后传输到该滚轮14，这样，能够降低该周向电机12输出的驱动力的转速，以保证该涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置的可靠性。

另外，该周向机构10包括一个连接端口101，该连接端口101用于接收电脑程序，以用于自动化地控制该周向机构10。

该周向机构10能够实现试验台轴线的±10°的旋转，具有高精度、高承载能力、传动比范围大、运动平稳、传动效率高等优点。另外，该周向机构10采用该齿条13和该滚轮14相互配合的方式，其优势在于啮合时该滚轮14的滚子在该齿条13的齿面上滚动，能够极大地减小啮合时的摩擦阻力，同时该滚轮14和该齿条13在运动构成中始终保证两个以上的轮齿相互接触，在轮齿双方向上没有回程间隙，这是提高该周向机构10的往返传递精度的重要方式。

如图4，该滚转机构20包括一个滚转安装座21、一个滚转电机22、一个减速机23、一个气动探针24、一对连接齿轮25以及一个卡盘26。该滚转安装座21安装于该径向机构30 的该内滑块34上，该减速机23安装于该滚转安装座21，该滚转电机22安装于该减速机23，以藉由该减速机23传输该滚转电机22输出的动力，该对连接齿轮25设置于该减速机轴上，该卡盘26设置于该对连接齿轮25，该气动探针24设置于该卡盘26，以使该滚转电机22输出的动力依次通过该减速机23和齿轮25传输至该气动探针24，从而驱动该气动探针24转动。优选地，该卡盘26是三爪卡盘，以不仅能够方便固定该气动探针24，而且还能够保证各个该气动探针24的同轴度。该气动探针24通过该第一通孔43、该第二通孔44和该第三通孔45从该旋转叶栅试验台40的外部插入到内部，以负责三个截面的气动参数的获取。另外，该滚动机构20还包括一个刻度尺27，各个该刻度尺27用于显示该气动探针24的旋转角度。

如图3，该径向机构30包括总的径向安装架42、至少一个模组座31，至少一个径向电机32、至少一个弹性联轴器33、至少一个内滑块34以及至少一个径向刻度尺35，其中该径向安装架42安装于导轨滑块16上，各个该弹性联轴器33连接直线模组中的滚珠丝杠，各个该径向电机32分别设置于各个该弹性联轴器33的端部，各个该内滑块34分别可滑动地设置于各个模组座31，各个该径向刻度尺35分别相邻地设置于各个该模组座31，其中各个该径向电机32驱动通过各个该弹性联轴器33连接滚珠丝杠，通过滚珠丝杠的转动来驱使内滑块的来回移动，并且各个该径向刻度尺35分别显示各个该内滑块34移动的幅度。在本发明中，该径向机构30使该气动探针40的径向移动形成达到150mm，另外，该径向刻度尺35定性测量每个该内滑块35移动的距离。

优选地，该径向机构30包括三个径向安装座31、三个径向电机32、三个弹性联轴器33、三个内滑块34和三个径向刻度尺35，以分别对应于该第一通孔43、该第二通孔44和该第三通孔45。

如图5，该涡扇航空发动机的内部流场多截面气动参数测量的三向移测装置包括三个密封机构50，各个该密封机构50分别设置于该第一通孔43、该第二通孔44和该第三通孔45，其中该密封机构50包括一个上锯齿密封件51、一个下锯齿密封件52和一个探针套53，各个该上锯齿密封件51和各个该下锯齿密封件52分别设置于该第一通孔43、该第二通孔44和该第三通孔45的上部和下部，各个该探针套53分别设置于各个该上锯齿密封件51和各个该下锯齿密封件52之间。该密封机构50在不保证该第一通孔43、该第二通孔44和该第三通孔45绝对密封的情况下，采用锯齿密封的方式能够通过锯齿来增大密封面积。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但该内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种涡扇发动机的内部流场多断面气动参数测量的三向移测装置，其特征在于，该涡扇发动机的内部流场多断面气动参数测量的三向移测装置包括：

(a)一个周向机构；

(b)一个滚转机构；

(c)一个径向机构；

(d)整套密封装置；

(e)一个旋转叶栅试验台、以及若干气动探针；

该旋转叶栅试验台的内部设有一个轴流压气机，该旋转叶栅试验台的外部设有用于安装整个设备的堵盖、一个周向安装架以及一个径向安装架，并且该旋转叶栅试验台在对应位置开有狭长的第一通孔、第二通孔以及第三通孔，该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔相互间隔，并且该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔分别连通于该旋转叶栅试验台的外部和内部，其中该周向机构安装于周向安装架上，该径向机构安装于径向安装架，滚转机构则与径向机构固定，气动探针则通过自动定心装置固定在滚转机构上完成±90°的滚转运动，同时径向机构的径向移动实现探针在各狭长通孔中的不同位置的探测；

该周向机构包括一个周向安装架、一个周向电机、一个弧形的齿条、一个滚轮、一个弧形的轨道、两个轨道滑块以及一个周向刻度尺，该周向安装架安装于该旋转叶栅试验台的堵盖上面，该周向刻度尺设置于该周向安装架的弧形的外侧面，该齿条和该轨道分别设置于该周向安装架的外侧，并且该齿条和该轨道的弧度相同，该周向电机安装于该径向安装架，该滚轮分别连接于该周向电机和啮合于该齿条，以藉由该周向电机驱动，该轨道滑块可滑动地设置于该轨道，并且该轨道滑块连接于径向安装架，其中当该周向电机驱动该滚轮沿着该齿条形成的轨道运动的同时，该轨道滑块被驱动以沿着该轨道形成的轨道运动，并且该周向刻度尺显示该轨道滑块移动的幅度；

该周向机构包括一个周向指针，该周向指针设置于在径向安装架，并且该周向指针对应于该周向刻度尺，该轨道滑块带动径向安装架旋转，同时周向指针同步地移动，以藉由该周向指针指向该周向刻度尺；

该周向机构包括一个谐波减速机，该谐波减速机连接于该周向电机和该滚轮，以使该周向电机产生的驱动力在经过该谐波减速机的传递后传输到该滚轮；

该径向机构包括至少一个径向电机、至少一个弹性联轴器、至少一个含内滑块的直线模组以及至少一个径向刻度尺，其中各个该直线模组相互间隔地安装于该旋转叶栅试验台的该径向安装架，各个该弹性联轴器分别设置于各个该直线模组，各个该径向电机分别设置于各个该弹性联轴器的端部，各个该内滑块分别可滑动地设置于各个该弹性联轴器，各个该径向刻度尺分别相邻地设置于各个模组侧边，其中各个该径向电机驱动通过各个该弹性联轴器分别驱动各个该内滑块沿着各个该弹性联轴器运动，并且各个该径向刻度尺分别显示各个该内滑块移动的幅度；

该滚转机构包括一个滚转安装座、一个滚转电机、一个减速机、一个气动探针、两个连接齿轮以及一个卡盘，该滚转安装座安装于该径向机构的内滑块上，该减速机安装于该滚转安装座，该滚转电机安装于该减速机，以藉由该减速机传输该滚转电机输出的动力，该连接齿轮设置于该减速机，该气动探针设置于该卡盘，并且该卡盘和大齿轮通过螺钉连接，齿轮啮合以使该滚转电机输出的动力依次通过该减速机和该连接齿轮传输至该气动探针，从而驱动该气动探针绕自身轴线转动，该卡盘设置于该气动探针；

该涡扇发动机的内部流场多断面气动参数测量的三向移测装置包括三个密封机构，各个该密封机构分别设置于该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔，其中该密封机构包括一个上锯齿密封件、一个下锯齿密封件和一个探针套，各个该上锯齿密封件和各个该下锯齿密封件分别设置于该第一通孔、该第二通孔和该第三通孔的上部和下部，各个该探针套分别设置于各个该上锯齿密封件和各个该下锯齿密封件之间。

2.如权利要求1所述的一种涡扇发动机的内部流场多断面气动参数测量的三向移测装置，其特征在于，该周向电机带有抱闸。

3.如权利要求2所述的一种涡扇发动机的内部流场多断面气动参数测量的三向移测装置，其特征在于，该周向机构包括一个连接端口，该连接端口用于接收电脑程序。

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