CN112378665B - 一种飞机发动机叶片实验装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种飞机发动机叶片实验装置及检测方法，涉及航空发动机领域，包括制冰机构、输送机构和实验机构，所述制冰机构包括水箱、吸水道、弹性膜、抽板和制冰模组，所述水箱的底板设有若干贯通的吸水道，所述吸水道的底端通过抽板开合，通过模拟冰雹环境进行的叶片吞冰实验，检测飞机发动机叶轮在极端环境下的质量问题，通过对每个小冰块上覆膜来阻止输送过程中冰块的凝结，减少变量，更符合现实环境。

Description

一种飞机发动机叶片实验装置及检测方法

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种飞机发动机叶片实验装置及检测方法。

背景技术

航空发动机投入实验前，需要进行吞水实验、吞冰实验等检测。目的是为了模仿飞机飞行过程中遇到极端环境时，飞机发动机会受到多大的影响，都属于必要的质量检测。其中吞冰实验是类似一种碰撞实验，飞机飞行在云层中会遇到冰雹，冰雹进入发动机内，会与发动机内部高速旋转的叶片发生碰撞摩擦，有可能会造成发动机内部叶片叶轮形变破裂，进而影响发动机性能。

在生产飞机发动机叶片过程中，也需要进行质量检测。而且需要进行比航空发动机吞冰实验更严格的类似实验，只有飞机发动机叶片能通过更严格的冰瀑实验，叶片组装进航空发动机之后，才能确保航空发动机整体能够通过吞冰实验。

因为吞冰实验是模仿冰雹或悬浮大量冰粒的云层等自然极端环境，因此吞冰实验中的冰块的大小形状是有一定要求的，冰块过小起不到检测效果。冰块过大，几乎必然会撞坏高速旋转中的叶片叶轮，而且自然云层中几乎不会形成大冰块，所以冰块过大没有试验意义。

目前的吞冰实验实验中，一般采用模具的方式制冰雹(实验冰块)或自然凝冰的方式批量制液滴粒径的冰粒。前者能控制冰块的大小形状，后者效率更高，但二者都有一个缺陷。就是制成的冰雹冰粒在输送管道中(吞冰实验需要将冰块混合着冰水，对着发动机口喷出)，容易相互凝结，形成更大的冰块，从而影响实验的准确性。

而比吞冰实验更严格的冰瀑实验，其中单位体积的冰水中的冰块数量更多；且喷射速度更快，需要通过增压管道和压缩喷口。因此小冰块相互凝结形成大冰块的情况更普遍，这一缺陷目前的技术条件难以解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞机发动机叶片实验装置及检测方法，通过模拟冰雹环境进行的叶片吞冰实验，检测飞机发动机叶轮在极端环境下的质量问题，通过对每个小冰块上覆膜来阻止输送过程中冰块的凝结，减少变量，更符合现实环境。

一种飞机发动机叶片实验装置，包括制冰机构、输送机构和实验机构，所述制冰机构包括水箱、吸水道、弹性膜、抽板和制冰模组，所述水箱的底板设有若干贯通的吸水道，所述吸水道的底端通过抽板开合，所述制冰模组设有若干模腔，且每个吸水道的底部正对着一个模腔，所述吸水道内部下方设有一个抽气口，抽气口外连至气泵，吸水道内部上方设有一对超声波焊接头，所述弹性膜从水箱底部的通槽穿过，并覆盖在所有吸水道上，且弹性膜的两端卷在卷膜辊筒上；

所述输送机构包括中储箱，所述实验机构包括喷冰台和叶片实验外壳，所述中储箱上方开口，且位于制冰模组的正下方，所述喷冰台上设有若干喷嘴，所述喷嘴通过输送管与中储箱连接，且输送管上还设有一个闸阀和一个压缩气体喷射口，所述叶片实验外壳正对着喷冰台，其内转动连接有试验用叶轮，所述叶轮通过转轴与外部电动机连接，所述叶片实验外壳固定连接在实验支架上。

优选的，所述水箱的顶部设有换水器，所述换水器包括出水口和伸到水箱底部的抽水口，所述出水口通过中间管与进水管连接，所述抽水口通过中间管与抽水管连接。

优选的，所述超声波焊接头滑动连接于设在吸水道管壁内的T型活塞中，所述T型活塞的底部通过气管与气泵连接。

优选的，所述通槽内设有两片橡胶垫，且通槽上方设有与水箱内壁滑动连接的压板，所述压板与位于水箱外壁的滑杆固定连接，且水箱外壁上还设有气缸，所述气缸的输出轴连接在滑杆上。

优选的，所述卷膜辊筒通过皮带与换膜电机的输出轴连接，所述抽板的右端部滑动连接在轨道上，并通过连杆与轨道上的轨道小车连接。

优选的，所述制冰模组中的模腔包括主模槽、主模槽上端的颈部和颈部上端的漏斗口，所述主模槽下端还设有一个下漏水孔。

应用飞机发动机叶片实验装置进行的检测方法，包括如下步骤，

步骤一：出水口放出足够的水后关闭，然后使用外部气泵通过抽气孔抽掉吸水道中的空气，弹性膜受气压作用向吸水道中凹陷，水箱中的水流入到各个凹陷内；

步骤二：抽水口将水箱中多余的水抽走，然后外部气泵统一向所有T型活塞中充气，使得吸水道内部上方的一对超声波焊接头相合，并通过超声波焊接的方式将凹陷的弹性膜口部焊接连在一起，外部气泵进一步充气使得超声波焊接头挤压弹性膜口部，并最终切断弹性膜制成水球，外部气泵再抽走T型活塞中的空气使得超声波焊接头复位，水球落到抽板上；

步骤三：通过轨道小车抽走抽板，水球落入到制冰模组中，并通过漏斗口和颈部最终滑到主模槽中，然后制冰模组开始降温冷却，将水球制成冰球，最后制冰模组分模，使得冰球落入到中储箱中。

步骤四：中储箱中储存了足够的冰水混合物后，开启闸阀，同时压缩气体喷射口喷出高速气体，携带冰水混合物从喷冰台喷向叶片实验外壳，叶片实验外壳中的叶轮在外部电动机的带动下高速旋转，进行叶片吞冰检测。至中储箱中冰水混合物用尽后实验结束。

优选的，所述步骤二结束后，换膜电机启动，用后面的完整弹性膜替换掉破损的弹性膜重现覆盖在吸水道上。

优选的，所述步骤三中，从吸水道中落下的多余水分，会从下漏水孔流到中储箱中。

优选的，所述步骤四中，中储箱中冰水混合物用尽后实验结束。

本发明的优点在于：

1、实验目的与发动机吞冰实验目的一致，但由于是对单一的叶轮，因此实验标准更高，由于飞机飞行时，发动机叶片除了在高速旋转外，还在高速向前运动。因此为了模仿这种运动场景，冰瀑实验通过高速喷射的方式，将冰块冰水混合物高速射向发动机叶片(同时发动机叶片在高速旋转)，喷射的冰水混合物中，冰块数量更密，速度更快。

2、通过在冰块外边面套上一层弹性薄膜，有效的防止了冰块相互凝结，且冰块外边面套一层弹性薄膜，不影响冰块本身的硬度、形状等特点，也不影响叶片将冰块打碎。即不会实验中产生其他变量。

3、冰水输送过程中，采用注入压缩空气的方式增压，既提高冰水喷射速度，又能够使喷出的冰水雾化，更贴近现实工作环境。

4、在实验中，将套膜、制冰、输送、喷射、回收等形成一套流水线，能够进行重复实验，提高效率节约成本。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构原理示意图；

图2为本发明装置中制冰机构的结构示意图；

图3为本发明装置中实验机构的结构示意图；

图4为本发明装置中水箱的结构示意图；

图5为图2中的A部分的放大图；

图6为图2中的B部分的放大图；

图7为本发明装置中抽板与轨道小车的连接示意图；

图8为本发明装置中弹性膜的换膜驱动结构示意图；

图9为本发明装置中制冰模组的模腔结构示意图；

其中，01、制冰机构，10、水箱，11、换水器，110、进水管，111、抽水管，112、中间管，113、出水口，114、抽水口，12、吸水道，120、抽气孔，121、超声波焊接头，122、T型活塞，13、弹性膜，130、卷膜辊筒，131、皮带，132、换膜电机，14、抽板，140、轨道小车，141、轨道，15、制冰模组，150、主模槽，151、漏斗口，152、颈部，153、下漏水孔，16、压板，160、气缸，161、滑杆，02、输送机构，20、中储箱，21、输送管，22、闸阀，03、实验机构，30、喷冰台，31、喷嘴，32、叶片实验外壳，33、实验支架，34、叶轮，35、转轴，36、水池。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1至图9所示，一种飞机发动机叶片实验装置，包括制冰机构01、输送机构02和实验机构03，所述制冰机构01包括水箱10、吸水道12、弹性膜13、抽板14和制冰模组15，所述水箱10的底板设有若干贯通的吸水道12，所述吸水道12的底端通过抽板14开合，所述制冰模组15设有若干模腔，且每个吸水道12的底部正对着一个模腔，所述吸水道12内部下方设有一个抽气口120，抽气口120外连至气泵，吸水道12内部上方设有一对超声波焊接头121，所述弹性膜13从水箱10底部的通槽100穿过，并覆盖在所有吸水道12上，且弹性膜13的两端卷在卷膜辊筒130上；模腔与吸水道12一一对应。抽板14滑动连接在吸水道12下方，合上时封住吸水道12，抽走则使吸水道12下端漏空。

所述输送机构02包括中储箱20，所述实验机构03包括喷冰台30和叶片实验外壳32，所述中储箱20上方开口，且位于制冰模组15的正下方，所述喷冰台30上设有若干喷嘴31，所述喷嘴31通过输送管21与中储箱20连接，且输送管21上还设有一个闸阀22和一个压缩气体喷射口，所述叶片实验外壳32正对着喷冰台30，其内转动连接有试验用叶轮24，所述叶轮24通过转轴25与外部电动机连接，所述叶片实验外壳32固定连接在实验支架33上。中储箱20只设有一个，喷嘴31及与之相连接的输送管21则设有多个。

所述水箱10的顶部设有换水器11，所述换水器11包括出水口113和伸到水箱10底部的抽水口114，所述出水口113通过中间管112与进水管110连接，所述抽水口114通过中间管112与抽水管111连接。

所述超声波焊接头121滑动连接于设在吸水道12管壁内的T型活塞122中，所述T型活塞122的底部通过气管与气泵连接。

所述通槽100内设有两片橡胶垫，且通槽100上方设有与水箱10内壁滑动连接的压板16，所述压板16与位于水箱10外壁的滑杆161固定连接，且水箱10外壁上还设有气缸16，所述气缸16的输出轴连接在滑杆161上。两片橡胶垫贴在弹性膜13上防止水从通槽100中流走，压板16压住弹性膜13即保证弹性膜13贴近水箱10的底板，也进一步防止水从通槽100中流走，而且压住弹性膜13，防止弹性膜13移动。

所述卷膜辊筒130通过皮带131与换膜电机132的输出轴连接，所述抽板14的右端部滑动连接在轨道141上，并通过连杆与轨道141上的轨道小车140连接。

所述制冰模组15中的模腔包括主模槽150、主模槽150上端的颈部152和颈部152上端的漏斗口151，所述主模槽150下端还设有一个下漏水孔163。

应用飞机发动机叶片实验装置进行的检测方法，包括如下步骤，

步骤一：出水口113放出足够的水后关闭，然后使用外部气泵通过抽气孔120抽掉吸水道12中的空气，弹性膜13受气压作用向吸水道12中凹陷，水箱10中的水流入到各个凹陷内；

步骤二：抽水口114将水箱10中多余的水抽走，然后外部气泵统一向所有T型活塞122中充气，使得吸水道12内部上方的一对超声波焊接头121相合，并通过超声波焊接的方式将凹陷的弹性膜13口部焊接连在一起，外部气泵进一步充气使得超声波焊接头121挤压弹性膜13口部，并最终切断弹性膜13制成水球，外部气泵再抽走T型活塞122中的空气使得超声波焊接头121复位，水球落到抽板14上；

步骤三：通过轨道小车140抽走抽板14，水球落入到制冰模组15中，并通过漏斗口151和颈部152最终滑到主模槽150中，然后制冰模组15开始降温冷却，将水球制成冰球，最后制冰模组15分模，使得冰球落入到中储箱20中。

步骤四：中储箱20中储存了足够的冰水混合物后，开启闸阀22，同时压缩气体喷射口喷出高速气体，携带冰水混合物从喷冰台30喷向叶片实验外壳32，叶片实验外壳32中的叶轮34在外部电动机的带动下高速旋转，进行叶片吞冰检测。至中储箱20中冰水混合物用尽后实验结束。

所述步骤二结束后，换膜电机132启动，用后面的完整弹性膜13替换掉破损的弹性膜13重现覆盖在吸水道12上。

所述步骤三中，从吸水道12中落下的多余水分，会从下漏水孔153流到中储箱20中。

所述步骤四中，中储箱20中冰水混合物用尽后实验结束。

具体实施方式及原理：

首先气缸16通过压板16压住弹性膜13，确保弹性膜13稳定，然后出水口113放出足够的水后关闭，然后使用外部气泵通过抽气孔120抽掉吸水道12中的空气，弹性膜13受气压作用向吸水道12中凹陷，水箱10中的水流入到各个凹陷内，形成一个个小水球；

然后通过抽水口114将水箱10剩下的水抽走，然后外部气泵统一向所有T型活塞122中充气，T型活塞122中的超声波焊接头121向外伸出，使得吸水道12内部上方的一对超声波焊接头121相合，并通过超声波焊接的方式将凹陷的弹性膜13口部焊接连在一起，外部气泵进一步充气使得超声波焊接头121进一步挤压弹性膜13的口部，并最终切断弹性膜13制成水球，外部气泵再抽走T型活塞122中的空气使得超声波焊接头121复位，水球落到抽板14上，然后气缸16工作抬起压板16放开弹性膜13，随后换膜电机132启动，用后面的完整弹性膜13替换掉破损的弹性膜13重现覆盖在吸水道12上；

再通过轨道小车140抽走抽板14，水球落入到制冰模组15中，并通过漏斗口151和颈部152最终滑到主模槽150中，然后制冰模组15开始降温冷却，将水球制成冰球，最后制冰模组15分模，使得冰球落入到中储箱20中，从吸水道12中落下的多余水分，之前就会从下漏水孔153流到中储箱20中。中储箱20中按比例混合冰球和水。

中储箱20中储存了足够的冰水混合物后，开启闸阀22，同时压缩气体喷射口喷出高速气体，携带冰水混合物从喷冰台30喷向叶片实验外壳32，叶片实验外壳32中的叶轮34在外部电动机的带动下高速旋转，进行叶片吞冰检测，至中储箱20中冰水混合物用尽后实验结束。

实验机构03的下方设有一个水池36，用来收集实验中的冰、水以及破碎的弹性模13，并回收再利用。

基于上述，本发明通过模拟冰雹环境进行的叶片吞冰实验，检测飞机发动机叶轮在极端环境下的质量问题，通过对每个小冰块上覆膜来阻止输送过程中冰块的凝结，减少变量，更符合现实环境。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种飞机发动机叶片实验装置，其特征在于，包括制冰机构（01）、输送机构（02）和实验机构（03），所述制冰机构（01）包括水箱（10）、吸水道（12）、弹性膜（13）、抽板（14）和制冰模组（15），所述水箱（10）的底板设有若干贯通的吸水道（12），所述吸水道（12）的底端通过抽板（14）开合，所述制冰模组（15）设有若干模腔，且每个吸水道（12）的底部正对着一个模腔，所述吸水道（12）内部下方设有一个抽气孔（120），抽气孔（120）外连至气泵，吸水道（12）内部上方设有一对超声波焊接头（121），所述弹性膜（13）从水箱（10）底部的通槽（100）穿过，并覆盖在所有吸水道（12）上，且弹性膜（13）的两端卷在卷膜辊筒（130）上；

所述输送机构（02）包括中储箱（20），所述实验机构（03）包括喷冰台（30）和叶片实验外壳（32），所述中储箱（20）上方开口，且位于制冰模组（15）的正下方，所述喷冰台（30）上设有若干喷嘴（31），所述喷嘴（31）通过输送管（21）与中储箱（20）连接，且输送管（21）上还设有一个闸阀（22）和一个压缩气体喷射口，所述叶片实验外壳（32）正对着喷冰台（30），其内转动连接有试验用叶轮（34），所述叶轮（34）通过转轴（25）与外部电动机连接，所述叶片实验外壳（32）固定连接在实验支架（33）上。

2.根据权利要求1所述的一种飞机发动机叶片实验装置，其特征在于：所述水箱（10）的顶部设有换水器（11），所述换水器（11）包括出水口（113）和伸到水箱（10）底部的抽水口（114），所述出水口（113）通过中间管（112）与进水管（110）连接，所述抽水口（114）通过中间管（112）与抽水管（111）连接。

3.根据权利要求2所述的一种飞机发动机叶片实验装置，其特征在于：所述超声波焊接头（121）滑动连接于设在吸水道（12）管壁内的T型活塞（122）中，所述T型活塞（122）的底部通过气管与气泵连接。

4.根据权利要求1所述的一种飞机发动机叶片实验装置，其特征在于：所述通槽（100）内设有两片橡胶垫，且通槽（100）上方设有与水箱（10）内壁滑动连接的压板（16），所述压板（16）与位于水箱（10）外壁的滑杆（161）固定连接，且水箱（10）外壁上还设有气缸（160），所述气缸（160）的输出轴连接在滑杆（161）上。

5.根据权利要求1所述的一种飞机发动机叶片实验装置，其特征在于：所述卷膜辊筒（130）通过皮带（131）与换膜电机（132）的输出轴连接，所述抽板（14）的右端部滑动连接在轨道（141）上，并通过连杆与轨道（141）上的轨道小车（140）连接。

6.根据权利要求1所述的一种飞机发动机叶片实验装置，其特征在于：所述制冰模组（15）中的模腔包括主模槽（150）、主模槽（150）上端的颈部（152）和颈部（152）上端的漏斗口（151），所述主模槽（150）下端还设有一个下漏水孔（153）。

7.应用权利要求3所述的飞机发动机叶片实验装置进行的检测方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤一：出水口（113）放出足够的水后关闭，然后使用外部气泵通过抽气孔（120）抽掉吸水道（12）中的空气，弹性膜（13）受气压作用向吸水道（12）中凹陷，水箱（10）中的水流入到各个凹陷内；

步骤二：抽水口（114）将水箱（10）中多余的水抽走，然后外部气泵统一向所有T型活塞（122）中充气，使得吸水道（12）内部上方的一对超声波焊接头（121）相合，并通过超声波焊接的方式将凹陷的弹性膜（13）口部焊接连在一起，外部气泵进一步充气使得超声波焊接头（121）挤压弹性膜（13）口部，并最终切断弹性膜（13）制成水球，外部气泵再抽走T型活塞（122）中的空气使得超声波焊接头（121）复位，水球落到抽板（14）上；

步骤三：通过轨道小车（140）抽走抽板（14），水球落入到制冰模组（15）中，并通过漏斗口（151）和颈部（152）最终滑到主模槽（150）中，然后制冰模组（15）开始降温冷却，将水球制成冰球，最后制冰模组（15）分模，使得冰球落入到中储箱（20）中；

步骤四：中储箱（20）中储存了足够的冰水混合物后，开启闸阀（22），同时压缩气体喷射口喷出高速气体，携带冰水混合物从喷冰台（30）喷向叶片实验外壳（32），叶片实验外壳（32）中的叶轮（34）在外部电动机的带动下高速旋转，进行叶片吞冰检测；

至中储箱（20）中冰水混合物用尽后实验结束。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述步骤二结束后，换膜电机（132）启动，用后面的完整弹性膜（13）替换掉破损的弹性膜（13）重现覆盖在吸水道（12）上。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述步骤三中，从吸水道（12）中落下的多余水分，会从下漏水孔（153）流到中储箱（20）中。

10.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：所述步骤四中，中储箱（20）中冰水混合物用尽后实验结束。

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