CN110823724A - 一种航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置 - Google Patents
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Abstract
一种航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置。其包括实验台、钢化玻璃保护壳、量角器、丝杠调节装置、模拟航空发动机叶片装置、模拟冲击加速装置、动力装置、照明灯以及观测装置；本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置设计紧凑，简易、方便、节能，可调节性高，耗材少，而且建造成本低，具有极高的性价比，因此具有很大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于模拟冲击生成及观测装置技术领域，特别是涉及一种航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置。
背景技术
随着我国经济水平的不断提高，人们对民航业的需求也日渐增加，军用、民用、商用航空发展迅速，而航空发动机关键制造技术是未来我国航空工业发展的一个重要指标，航空叶片材料的研发成为人们日益关注的问题。拥有高性能的新型材料无疑是民航甚至科技进步的一个信号。但是新型材料的研发涉及很多复杂的过程，特别是对研制出来的材料进行试验，研究其物理、化学性质，这是一个难点，也是一个重点。
现役的实验设备大多都依赖于进口，难免存在设备版本低、费用高等问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置。
为了达到上述目的，本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置包括实验台、钢化玻璃保护壳、量角器、丝杠调节装置、模拟航空发动机叶片装置、模拟冲击加速装置、动力装置、照明灯以及观测装置；其中，所述的实验台分为三层，底层固定在工作台上，用于保证整个装置的稳定性；中层和顶层设置在底层的一侧上方；
模拟航空发动机叶片装置包括涡轮叶片、承重盘、转轴、轴承和螺母；两个轴承分别放置在实验台上底层和中层中部的开孔中；转轴的中部设置在两个轴承的中心孔中；涡轮叶片的中部连接在转轴的上端；螺母螺纹连接在转轴的下端，用于将转轴固定在实验台的中层上，从而使模拟航空发动机叶片装置得到固定；承重盘的中心孔套在位于实验台上底层和中层之间的转轴上，用于承载模拟航空发动机叶片装置的重量；
动力装置包括无刷直流电机、皮带轮和皮带；其中无刷直流电机固定在实验台上位于中层及顶层另一侧的底层表面，并且输出轴朝上；两个皮带轮分别固定在无刷直流电机的输出轴和位于实验台上底层和中层之间的转轴上，并且两个皮带轮之间用皮带连接；
钢化玻璃保护壳为下端开口的圆桶状，并且下端固定在位于涡轮叶片外侧的实验台的顶层，内部中间设有隔板，并且顶面和隔板上均形成有长孔，用于冲击装置在钢化玻璃保护壳内的移动；
丝杠调节装置包括上部调节装置和下部调节装置；其中上部调节装置包括上部轴承座、上部光轴座、上部光轴、上部手轮、上部导轨滑块和上部丝杠；其中两个上部轴承座分别固定在钢化玻璃保护壳顶层上位于长孔两端的外侧部位；每个上部轴承座的两侧部位分别固定一个上部光轴座；两根上部光轴的两端分别固定在位于同一侧的两个上部光轴座中；上部丝杠的一端设置在一个上部轴承座上，另一端穿过另一个上部轴承座后与上部手轮相连，并且上部光轴与上部丝杠平行设置；上部导轨滑块以能够沿上部光轴滑动的方式同时设置在上部丝杠和两根上部光轴上，中部一侧形成有一个开孔，并且该开孔与钢化玻璃保护壳顶面上的长孔上下位置相对应；下部调节装置包括轴承、下部光轴、下部手轮、下部导轨滑块和下部丝杠；两个轴承分别固定在钢化玻璃保护壳侧壁上位于上部调节装置下方的部位；下部丝杠的一端设置在一个轴承上，另一端穿过另一个轴承后与位于钢化玻璃保护壳外部的下部手轮相连；下部光轴的两端分别固定在钢化玻璃保护壳侧壁上，并且下部光轴与下部丝杠以及上部光轴平行设置；下部导轨滑块同时设置在下部丝杠和下部光轴上，中部一侧形成有一个开孔，并且该开孔与钢化玻璃保护壳隔板上的长孔上下位置相对应；
模拟冲击加速装置包括铜线圈、圆筒、圆管座和开槽螺钉；其中圆管座套在圆筒的下部外部，并用开槽螺钉将圆管座和圆筒相互固定；圆筒和圆管座从上至下一起插入在上部导轨滑块的开孔、钢化玻璃保护壳顶面的长孔、下部导轨滑块的开孔以及钢化玻璃保护壳隔板的长孔内，下端位于涡轮叶片的上方，并且圆管座的侧壁上下部分别铰接在钢化玻璃保护壳顶面以及隔板的长孔两侧边上，因此可使圆筒随圆管座一起转动；铜线圈密集缠绕在圆筒的内壁上，并且与电源相连；
量角器包括一个刻度盘和一个指针；刻度盘垂直设置，下端固定在上部导轨滑块的开孔边缘处，指针的上端穿过刻度盘后连接在圆管座的侧壁上，当圆管座及圆筒转动时可使指针偏离一定角度，从而能够在刻度盘上显示出圆筒的倾斜角度；
观测装置由三台高速摄影机组成，其中两台放置在钢化玻璃保护壳的隔板上，用于近距离记录冲击情况，一台放置在位于钢化玻璃保护壳外侧的实验台顶层上，用于观测整体情况，三台高速摄像机记录数据后及时将数据返回电脑，供实验者分析；
照明灯设置在位于钢化玻璃保护壳外侧的实验台顶层上，用于照亮钢化玻璃保护壳的内部空间，使观测装置更好地捕捉到冲击材料冲击涡轮叶片的瞬间；
所述的照明灯采用LED灯。
所述的钢化玻璃保护壳的侧壁上设置轴承及下部光轴的部位设有加厚的玻璃板，用于增强。
本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置设计紧凑，简易、方便、节能，可调节性高，耗材少，而且建造成本低，具有极高的性价比，因此具有很大的应用前景。
附图说明
图1是本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置结构立体图；
图2是本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置结构主视图；
图3是本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装拆卸下钢化玻璃保护壳后结构立体图；
图4是本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置中上部调节装置结构示意图；
图5是本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置中模拟航空发动机叶片装置结构示意图；
图6是本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置中上部导轨滑块和圆管座结构示意图；
图7是本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置中钢化玻璃保护壳纵向结构剖视图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置进行详细的说明。
如图1至图7所示，本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置包括实验台1、钢化玻璃保护壳8、量角器12、丝杠调节装置、模拟航空发动机叶片装置、模拟冲击加速装置、动力装置、照明灯16以及观测装置；其中，所述的实验台1分为三层，底层固定在工作台上，用于保证整个装置的稳定性；中层和顶层设置在底层的一侧上方；
模拟航空发动机叶片装置包括涡轮叶片17、承重盘21、转轴22、轴承和螺母；两个轴承分别放置在实验台1上底层和中层中部的开孔中；转轴22的中部设置在两个轴承的中心孔中；涡轮叶片17的中部连接在转轴22的上端；螺母螺纹连接在转轴22的下端，用于将转轴22固定在实验台1的中层上，从而使模拟航空发动机叶片装置得到固定；承重盘21的中心孔套在位于实验台1上底层和中层之间的转轴22上，用于承载模拟航空发动机叶片装置的重量；
动力装置包括直流电机2、皮带轮3和皮带4；其中直流电机2固定在实验台1上位于中层及顶层另一侧的底层表面，并且输出轴朝上；两个皮带轮3分别固定在直流电机2的输出轴和位于实验台1上底层和中层之间的转轴22上，并且两个皮带轮3之间用皮带4连接；
钢化玻璃保护壳8为下端开口的圆桶状，并且下端固定在位于涡轮叶片17外侧的实验台1的顶层，内部中间设有隔板，并且顶面和隔板上均形成有长孔，用于冲击装置在钢化玻璃保护壳8内的移动；
丝杠调节装置包括上部调节装置和下部调节装置；其中上部调节装置包括上部轴承座13、上部光轴座14、上部光轴15、上部手轮26、上部导轨滑块10和上部丝杠9；其中两个上部轴承座13分别固定在钢化玻璃保护壳8顶层上位于长孔两端的外侧部位；每个上部轴承座13的两侧部位分别固定一个上部光轴座14；两根上部光轴15的两端分别固定在位于同一侧的两个上部光轴座14中；上部丝杠9的一端设置在一个上部轴承座13上，另一端穿过另一个上部轴承座13后与上部手轮26相连，并且上部光轴15与上部丝杠9平行设置；上部导轨滑块10以能够沿上部光轴15滑动的方式同时设置在上部丝杠9和两根上部光轴15上，中部一侧形成有一个开孔，并且该开孔与钢化玻璃保护壳8顶面上的长孔上下位置相对应；下部调节装置包括轴承19、下部光轴25、下部手轮6、下部导轨滑块20和下部丝杠26；两个轴承19分别固定在钢化玻璃保护壳8侧壁上位于上部调节装置下方的部位；下部丝杠26的一端设置在一个轴承19上，另一端穿过另一个轴承19后与位于钢化玻璃保护壳8外部的下部手轮6相连；下部光轴25的两端分别固定在钢化玻璃保护壳8侧壁上，并且下部光轴25与下部丝杠26以及上部光轴15平行设置；下部导轨滑块20同时设置在下部丝杠26和下部光轴25上，中部一侧形成有一个开孔，并且该开孔与钢化玻璃保护壳8隔板上的长孔上下位置相对应；
模拟冲击加速装置包括铜线圈、圆筒11、圆管座23和开槽螺钉18；其中圆管座23套在圆筒11的下部外部，并用开槽螺钉18将圆管座23和圆筒11相互固定；圆筒11和圆管座23从上至下一起插入在上部导轨滑块10的开孔、钢化玻璃保护壳8顶面的长孔、下部导轨滑块20的开孔以及钢化玻璃保护壳8隔板的长孔内，下端位于涡轮叶片17的上方，并且圆管座23的侧壁上下部分别铰接在钢化玻璃保护壳8顶面以及隔板的长孔两侧边上，因此可使圆筒11随圆管座23一起转动；铜线圈密集缠绕在圆筒11的内壁上，并且与电源相连；
量角器12包括一个刻度盘和一个指针；刻度盘垂直设置，下端固定在上部导轨滑块10的开孔边缘处，指针的上端穿过刻度盘后连接在圆管座23的侧壁上，当圆管座23及圆筒11转动时可使指针偏离一定角度，从而能够在刻度盘上显示出圆筒11的倾斜角度；
观测装置由三台高速摄影机5组成，其中两台放置在钢化玻璃保护壳8的隔板上，用于近距离记录冲击情况，一台放置在位于钢化玻璃保护壳8外侧的实验台1顶层上，用于观测整体情况，三台高速摄像机5记录数据后及时将数据返回电脑，供实验人员分析；
照明灯16设置在位于钢化玻璃保护壳8外侧的实验台1顶层上，用于照亮钢化玻璃保护壳8的内部空间，使观测装置更好地捕捉到冲击材料冲击涡轮叶片17的瞬间；
所述的照明灯16采用LED灯。
所述的钢化玻璃保护壳8的侧壁上设置轴承19及下部光轴25的部位设有加厚的玻璃板，用于增强。
所述的直流电机2采用无刷直流电机。
现将本发明提供的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置的工作原理阐述如下：当需要进行撞击试验时，实验人员首先接通电源，开启照明灯16和高速摄影机5，并事先确定好位置和角度，然后转动上部手轮26，由此带动上部丝杠9转动，从而使上部导轨滑块10沿上部光轴15移动，由此控制模拟冲击加速装置中圆筒11上端的位置；之后通过转动下部手轮6来带动下部丝杠26转动，从而使下部导轨滑块20沿下部光轴25移动，由此控制模拟冲击加速装置中圆筒11下端的位置，从而确定好圆筒11内待放入的冲击材料的入射位置和射出角度。然后启动直流电机2，通过皮带轮3、皮带4以及转轴22带动涡轮叶片17高速转动，确认装置稳定后，将冲击材料以一定的初速度从上端放入圆筒11中，在圆筒11内冲击材料因切割由铜线圈产生的磁感线而加速，从而使冲击材料达到一个较高的速度，最后从圆筒11的下端飞出而撞向涡轮叶片17，撞击碎片将会在钢化玻璃保护壳8的保护下落到实验台1的顶层表面上，在冲击过程中，由三台高速摄影机5记录冲击情况及整体情况，并将记录数据传送给计算机，供实验人员分析；关闭电源，记录量角器12的角度，取下钢化玻璃保护壳8以观察涡轮叶片17的损伤情况，记录数据，试验完成。
Claims (4)
1.一种航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置，其特征在于：所述的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置包括实验台(1)、钢化玻璃保护壳(8)、量角器(12)、丝杠调节装置、模拟航空发动机叶片装置、模拟冲击加速装置、动力装置、照明灯(16)以及观测装置；其中，所述的实验台(1)分为三层，底层固定在工作台上，用于保证整个装置的稳定性；中层和顶层设置在底层的一侧上方；
模拟航空发动机叶片装置包括涡轮叶片(17)、承重盘(21)、转轴(22)、轴承和螺母；两个轴承分别放置在实验台(1)上底层和中层中部的开孔中；转轴(22)的中部设置在两个轴承的中心孔中；涡轮叶片(17)的中部连接在转轴(22)的上端；螺母螺纹连接在转轴(22)的下端，用于将转轴(22)固定在实验台(1)的中层上，从而使模拟航空发动机叶片装置得到固定；承重盘(21)的中心孔套在位于实验台(1)上底层和中层之间的转轴(22)上，用于承载模拟航空发动机叶片装置的重量；
动力装置包括直流电机(2)、皮带轮(3)和皮带(4)；其中直流电机(2)固定在实验台(1)上位于中层及顶层另一侧的底层表面，并且输出轴朝上；两个皮带轮(3)分别固定在直流电机(2)的输出轴和位于实验台(1)上底层和中层之间的转轴(22)上，并且两个皮带轮(3)之间用皮带(4)连接；
钢化玻璃保护壳(8)为下端开口的圆桶状，并且下端固定在位于涡轮叶片(17)外侧的实验台(1)的顶层，内部中间设有隔板，并且顶面和隔板上均形成有长孔，用于冲击装置在钢化玻璃保护壳(8)内的移动；
丝杠调节装置包括上部调节装置和下部调节装置；其中上部调节装置包括上部轴承座(13)、上部光轴座(14)、上部光轴(15)、上部手轮(26)、上部导轨滑块(10)和上部丝杠(9)；其中两个上部轴承座(13)分别固定在钢化玻璃保护壳(8)顶层上位于长孔两端的外侧部位；每个上部轴承座(13)的两侧部位分别固定一个上部光轴座(14)；两根上部光轴(15)的两端分别固定在位于同一侧的两个上部光轴座(14)中；上部丝杠(9)的一端设置在一个上部轴承座(13)上，另一端穿过另一个上部轴承座(13)后与上部手轮(26)相连，并且上部光轴(15)与上部丝杠(9)平行设置；上部导轨滑块(10)以能够沿上部光轴(15)滑动的方式同时设置在上部丝杠(9)和两根上部光轴(15)上，中部一侧形成有一个开孔，并且该开孔与钢化玻璃保护壳(8)顶面上的长孔上下位置相对应；下部调节装置包括轴承(19)、下部光轴(25)、下部手轮(6)、下部导轨滑块(20)和下部丝杠(26)；两个轴承(19)分别固定在钢化玻璃保护壳(8)侧壁上位于上部调节装置下方的部位；下部丝杠(26)的一端设置在一个轴承(19)上，另一端穿过另一个轴承(19)后与位于钢化玻璃保护壳(8)外部的下部手轮(6)相连；下部光轴(25)的两端分别固定在钢化玻璃保护壳(8)侧壁上，并且下部光轴(25)与下部丝杠(26)以及上部光轴(15)平行设置；下部导轨滑块(20)同时设置在下部丝杠(26)和下部光轴(25)上，中部一侧形成有一个开孔，并且该开孔与钢化玻璃保护壳(8)隔板上的长孔上下位置相对应；
模拟冲击加速装置包括铜线圈、圆筒(11)、圆管座(23)和开槽螺钉(18)；其中圆管座(23)套在圆筒(11)的下部外部，并用开槽螺钉(18)将圆管座(23)和圆筒(11)相互固定；圆筒(11)和圆管座(23)从上至下一起插入在上部导轨滑块(10)的开孔、钢化玻璃保护壳(8)顶面的长孔、下部导轨滑块(20)的开孔以及钢化玻璃保护壳(8)隔板的长孔内，下端位于涡轮叶片(17) 的上方，并且圆管座(23)的侧壁上下部分别铰接在钢化玻璃保护壳(8)顶面以及隔板的长孔两侧边上，因此可使圆筒(11)随圆管座(23)一起转动；铜线圈密集缠绕在圆筒(11)的内壁上，并且与电源相连；
量角器(12)包括一个刻度盘和一个指针；刻度盘垂直设置，下端固定在上部导轨滑块(10)的开孔边缘处，指针的上端穿过刻度盘后连接在圆管座(23)的侧壁上，当圆管座(23)及圆筒(11)转动时可使指针偏离一定角度，从而能够在刻度盘上显示出圆筒(11)的倾斜角度；
观测装置由三台高速摄影机(5)组成，其中两台放置在钢化玻璃保护壳(8)的隔板上，用于近距离记录冲击情况，一台放置在位于钢化玻璃保护壳(8)外侧的实验台(1)顶层上，用于观测整体情况，三台高速摄像机(5)记录数据后及时将数据返回电脑，供实验人员分析；
照明灯(16)设置在位于钢化玻璃保护壳(8)外侧的实验台(1)顶层上，用于照亮钢化玻璃保护壳(8)的内部空间，使观测装置更好地捕捉到冲击材料冲击涡轮叶片(17)的瞬间。
2.根据权利要求1所述的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置，其特征在于：所述的照明灯(16)采用LED灯。
3.根据权利要求1所述的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置，其特征在于：所述的钢化玻璃保护壳(8)的侧壁上设置轴承(19)及下部光轴(25)的部位设有加厚的玻璃板，用于增强。
4.根据权利要求1所述的航空发动机叶片冲击损伤观察实验装置，其特征在于：所述的直流电机(2)采用无刷直流电机。
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