CN112595476A - 一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量方法及装置，所述方法包括：获取大气压力P₀、真空膜盒组件被环境气体轴向压缩的受力总面积S_m；通过激光位移传感器测量多个真空膜盒组件位移Δx；通过力传感器测量多个新的平衡状态与初始状态的压力差ΔF；通过压力变送器测量多个大气模拟压力p_x；根据P₀、S_m、Δx和ΔF，利用公式K_m0Δl₀＝P₀S_m和公式K_m0(Δl₀+Δx)＝P₀S_m+ΔF，计算得到大气压下的真空膜盒组件刚度K_m0和真空膜盒组件原始压缩量Δl₀；根据p_x、Δl₀、S_m、Δx、ΔF，利用公式K_mx(Δl₀+Δx)＝P_xS_m+ΔF，计算得到多个大气模拟压力下的真空膜盒组件刚度K_mx。

Description

一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量方法及装置

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量方法及装置。

背景技术

目前国内外尚无航空发动机真空膜盒组件刚度测量的相关报道。

《中国新技术新产品》杂志2016年第7期“基于真空恒温的膜盒组件行程测量控制系统设计”一文中介绍了一种基于真空恒温的控制系统，用于控制航空发动机高空活门膜盒组件行程检查。由于没有测力装置、缺少刚度计算方法，无法获得真空膜盒组件的刚度。

中国发明专利申请公开说明书CN109632222A公开了一种弹簧刚度测量装置及其测量方法。这种测量装置包括牵引力采集系统、弹簧、弹簧固定台、位移控制系统、驱动系统、计算机，与材料试验机类似，但仅限于在拉伸状态下测量弹簧刚度，无法适用于由多个膜盒叠加而成的真空膜盒组件；由于缺少大气环境模拟舱，无法用于测量真空膜盒组件在不同大气环境压力下的刚度。

发明内容

有鉴于目前国内外尚无航空发动机真空膜盒组件刚度测量的相关技术，本发明提供一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量方法及装置，以便准确的掌握真空膜盒在不同飞行高度下的行程。

第一方面，本申请提供一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量方法，所述方法包括：

获取大气压力P₀、真空膜盒组件被环境气体轴向压缩的受力总面积S_m；

通过激光位移传感器测量多个真空膜盒组件位移Δx；

通过力传感器测量多个新的平衡状态与初始状态的压力差ΔF；

通过压力变送器测量多个大气模拟压力p_x；

根据P₀、S_m、Δx和ΔF，利用公式K_m0Δl₀＝P₀S_m和公式K_m0(Δl₀+Δx)＝P₀S_m+ΔF，计算得到大气压下的真空膜盒组件刚度K_m0和真空膜盒组件原始压缩量Δl₀；

根据p_x、Δl₀、S_m、Δx、ΔF，利用公式K_mx(Δl₀+Δx)＝P_xS_m+ΔF，计算得到多个大气模拟压力下的真空膜盒组件刚度K_mx。

第二方面，本申请提供一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量装置，所述装置包括大气环境模拟舱1、定位工装系统2、拉压力与位移测量系统3、真空膜盒组件4；所述大气环境模拟舱1包括可封闭舱体5、压力变送器6、真空阀7、真空泵8；所示定位工装系统2包括底座9、主支架10、安装筒11、调整垫12、弹簧下压盖13、弹簧14、弹簧上压盖15、转接螺柱16、喇叭口导向螺钉17、导向安装座18、调节螺钉安装座19、球头调节螺钉20；所述拉压力与位移测量系统3包括力传感器21、位移滑块机构22、激光位移传感器23；所述真空膜盒组件4为测量对象，其中：

可封闭舱体5为封闭腔体结构，可封闭舱体5的外壁设置压力变送器6，压力变送器6用于测量所述大气模拟舱的压力；可封闭舱体5的外壁通过管路依次与真空阀7、真空泵8连接；可封闭舱体5的内底放置有底座9，底座9上安装有主支架10；安装筒11通过螺钉固连于底座9上，安装筒11内从下至上依次放置有调整垫12、真空膜盒组件4、弹簧下压盖13；弹簧14的一端压在弹簧下压盖13，弹簧14的另一端压在弹簧上压盖15上；力传感器21用于测量所述真空膜盒组件产生的弹力，力传感器21沿轴向有上下两个螺纹孔，下螺纹孔安装转接螺柱16，上螺纹孔安装喇叭口导向螺钉17，弹簧上压盖15的上端通过转接螺柱16与力传感器21连接，喇叭口导向螺钉17通过导向安装座18、调节螺钉安装座19与球头调节螺钉20定位接触；球头调节螺钉20安装于调节螺钉安装座19；导向安装座18、调节螺钉安装座19通过螺钉安装在主支架10的上端。

具体的，激光位移传感器23通过螺钉固连于位移滑块机构22上，激光位移传感器23用于测量所述真空膜盒组件产生的位移，位移滑块机构22通过螺钉固连于主支架10上。

具体的，所述安装筒11的筒体沿轴向开一通槽，所述弹簧下压盖13沿径向伸出一光斑接收杆，以便所述光斑接收杆随膜盒受力而上下移动。

具体的，主支架10为剖切回转体结构。

具体的，所述激光位移传感器23光束垂直向下。

具体的，所述安装筒11内径与真空膜盒组件4外径的尺寸相当，对真空膜盒组件起到同轴导向作用。

具体的，所述喇叭口导向螺钉17、力传感器21、弹簧14、真空膜盒组件4的中心线在同一条直线上。

通过本发明所提出的一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量计算方法及装置，达到了以下明显的技术效果：

本发明所述方法包含三个公式；所述装置可以控制环境模拟舱的气压，并可精确测量真空膜盒组件变形过程的弹力增量和位移，从而运用所述测量计算方法求得真空膜盒组件刚度。本发明既可以在常压下使真空膜盒组件产生一定的压缩，也可以通过大气环境模拟舱压力的变化使真空膜盒组件产生一定的膨胀或压缩，并利用激光位移传感器测得位移、力传感器测得弹力。从而利用所述测量计算方法求得真空膜盒组件在不同大气环境压力下的刚度，以准确掌握航空发动机高空活门真空膜盒在不同飞行高度下的行程。

压力变送器测得大气环境压力可精确到0.001兆帕、拉压力传感器测得弹力可精确到0.001牛顿、激光位移传感器测得位移可精确到0.001mm，测量结果精确。

以下将本发明的构思及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的实施原理图；

图2是测量装置具体实施图；

图3是定位工装系统爆炸图；

其中，1-大气环境模拟舱、2-定位工装系统、3-拉压力与位移测量系统、4-真空膜盒组件、5-可封闭舱体、6-压力变送器、7-真空阀、8-真空泵、9-底座、10-主支架、11-安装筒、12-调整垫、13-弹簧下压盖、14-弹簧、15-弹簧上压盖、16-转接螺柱、17-喇叭口导向螺钉、18-导向安装座、19-调节螺钉安装座、20-球头调节螺钉、21-力传感器、22-位移滑块机构、23-激光位移传感器。

具体实施方式

以下介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。

实施例一

为实现上述目的，本发明提供了一种航空发动机真空膜盒组件刚度测量计算方法，包括公式(1)、(2)、(3)。所述公式(1)为常压时真空膜盒组件在自由膨胀状态下仅受外界大气压的受力平衡；所述公式(2)为使真空膜盒组件事先受到适当的预压力，进一步压缩真空膜盒组件使其产生压缩位移Δx，其达到新的平衡时的受力平衡；所述公式(3)为抽真空过程中，真空膜盒组件发生膨胀，达到某一大气环境模拟压力时的受力平衡，设其产生的膨胀位移量为Δx。公式(1)、(2)、(3)如下：

K_m0Δl₀＝P₀S_m…………………………………………(1)

K_m0(Δl₀+Δx)＝P₀S_m+ΔF……………………………(2)

K_mx(Δl₀+Δx)＝P_xS_m+ΔF……………………………(3)

式中：K_m0-大气压下的真空膜盒组件刚度；Δl₀-真空膜盒组件原始压缩量；Δx-真空膜盒组件位移(压缩为“+”，膨胀为“-”)；P₀-大气压力；S_m-真空膜盒组件被环境气体轴向压缩的受力总面积，为真空膜盒组件中各膜片的轴向上、下投影面积之和与重叠面积的差值；ΔF-力传感器在新的平衡状态与初始状态的示数差，操作时可对初始状态的示数归零；K_mx-某一大气模拟压力下的真空膜盒组件刚度；p_x-某一大气模拟压力。

根据所述公式(1)、(2)，通过改变一系列ΔF及测量一系列Δx可求得Δl₀和K_m0；根据所述公式(3)中的ΔF及测量一系列Δx、p_x可求得K_mx。

实施例二

为实现上述测量计算方法中所述公式(1)、(2)、(3)中的测量值，如图2所示，本发明提供了一种航空发动机真空膜盒组件刚度测量装置，包括大气环境模拟舱1、定位工装系统2、拉压力与位移测量系统3、真空膜盒组件4；所述大气环境模拟舱1包括可封闭舱体5、压力变送器6、真空阀7、真空泵8；所示定位工装系统2包括底座9、主支架10、安装筒11、调整垫12、弹簧下压盖13、弹簧14、弹簧上压盖15、转接螺柱16、喇叭口导向螺钉17、导向安装座18、调节螺钉安装座19、球头调节螺钉20；所述拉压力与位移测量系统3包括力传感器21、位移滑块机构22、激光位移传感器23；所述真空膜盒组件4为测量对象，其中：

可封闭舱体5为封闭腔体结构，可封闭舱体5的外壁设置压力变送器6，压力变送器6用于测量所述大气模拟舱的压力；可封闭舱体5的外壁通过管路依次与真空阀7、真空泵8连接；可封闭舱体5的内底放置有底座9，底座9上安装有主支架10；安装筒11通过螺钉固连于底座9上，安装筒11内从下至上依次放置有调整垫12、真空膜盒组件4、弹簧下压盖13；弹簧14的一端压在弹簧下压盖13，弹簧14的另一端压在弹簧上压盖15上；力传感器21用于测量所述真空膜盒组件产生的弹力，力传感器21沿轴向有上下两个螺纹孔，下螺纹孔安装转接螺柱16，上螺纹孔安装喇叭口导向螺钉17，弹簧上压盖15的上端通过转接螺柱16与力传感器21连接，喇叭口导向螺钉17通过导向安装座18、调节螺钉安装座19与球头调节螺钉20定位接触；球头调节螺钉20安装于调节螺钉安装座19；导向安装座18、调节螺钉安装座19通过螺钉安装在主支架10的上端。

进一步地，配套计算机还包括一套软件，通过所述软件采集大气环境模拟压力、膜盒组件受力、膜盒组件位移。

进一步地，所述弹簧下压盖13沿径向伸出一光斑接收杆。

进一步地，所述安装筒11沿轴向开一通槽，以便所述光斑接收杆上下移动。

进一步地，所述安装筒11内径与真空膜盒组件4外径的尺寸相当，对真空膜盒组件4起到同轴导向作用。

进一步地，所述喇叭口导向螺钉17、导向安装座18、力传感器21、弹簧14、安装筒11等同轴度好。

进一步地，所述激光位移传感器23光束垂直向下。

进一步地，所述大气模拟舱1的压力被压力变送器6测量并采集到所述计算机中，所述大气模拟舱压力的单位是兆帕。

进一步地，所述真空膜盒组件4产生的弹力由所述力传感器21测量并采集到所述计算机中，所述真空膜盒组件4弹力的单位是牛顿。

进一步地，所述真空膜盒组件4产生的位移被激光位移传感器23测量并采集到所述计算机中，所述真空膜盒组件4产生位移的单位是毫米。

进一步地，根据所述计算机实时记录下的所述大气模拟舱1的压力、所述真空膜盒组件4产生的弹力、所述真空膜盒组件4产生的位移，所述计算机软件根据所述公式(1)、(2)、(3)自动求解常压下膜盒组件4的刚度K_m0、某大气环境模拟压力下真空膜盒组件4的刚度K_mx，并可比较两者是否有差异。

可见，本发明涉及一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量方法，该刚度通过一种安装在大气环境模拟舱1里的测量装置测量真空膜盒组件4在不同气压下的弹力和位移，通过计算得到刚度。

本发明还涉及一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量装置，该装置安装于大气环境模拟舱中，包括一只激光位移传感器和一只拉压力传感器，该拉压力传感器通过弹簧既可感受真空膜盒组件在常压下随球头调节螺钉拧紧而压缩的正压力，也可感受真空膜盒组件随气压减小而膨胀的负压力、随气压增大而压缩的正压力，同时，激光位移传感器通过弹簧下压盖上一体设计的光斑接收杆测出了真空膜盒组件的位移，通过测量方法里的公式即可算出真空膜盒组件的刚度。

测量真空膜盒组件刚度的目的是检验其生产制造是否满足设计要求。本专利技术直接应用的具体技术领域为航空发动机高空活门真空膜盒组件刚度测量。

Claims (8)

1.一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量方法，其特征在于，所述方法包括：

获取大气压力P₀、真空膜盒组件被环境气体轴向压缩的受力总面积S_m；

通过激光位移传感器测量多个真空膜盒组件位移Δx；

通过力传感器测量多个新的平衡状态与初始状态的压力差ΔF；

通过压力变送器测量多个大气模拟压力p_x；

根据P₀、S_m、Δx和ΔF，利用公式K_m0Δl₀＝P₀S_m和公式K_m0(Δl₀+Δx)＝P₀S_m+ΔF，计算得到大气压下的真空膜盒组件刚度K_m0和真空膜盒组件原始压缩量Δl₀；

根据p_x、Δl₀、S_m、Δx、ΔF，利用公式K_mx(Δl₀+Δx)＝P_xS_m+ΔF，计算得到多个大气模拟压力下的真空膜盒组件刚度K_mx。

2.一种航空发动机真空膜盒组件刚度的测量装置，其特征在于，所述装置包括大气环境模拟舱(1)、定位工装系统(2)、拉压力与位移测量系统(3)、真空膜盒组件(4)；所述大气环境模拟舱(1)包括可封闭舱体(5)、压力变送器(6)、真空阀(7)、真空泵(8)；所示定位工装系统(2)包括底座(9)、主支架(10)、安装筒(11)、调整垫(12)、弹簧下压盖(13)、弹簧(14)、弹簧上压盖(15)、转接螺柱(16)、喇叭口导向螺钉(17)、导向安装座(18)、调节螺钉安装座(19)、球头调节螺钉(20)；所述拉压力与位移测量系统(3)包括力传感器(21)、位移滑块机构(22)、激光位移传感器(23)；所述真空膜盒组件(4)为测量对象，其中：

可封闭舱体(5)为封闭腔体结构，可封闭舱体(5)的外壁设置压力变送器(6)，压力变送器(6)用于测量所述大气模拟舱的压力；可封闭舱体(5)的外壁通过管路依次与真空阀(7)、真空泵(8)连接；可封闭舱体(5)的内底放置有底座(9)，底座(9)上安装有主支架(10)；安装筒(11)通过螺钉固连于底座(9)上，安装筒(11)内从下至上依次放置有调整垫(12)、真空膜盒组件(4)、弹簧下压盖(13)；弹簧(14)的一端压在弹簧下压盖(13)，弹簧(14)的另一端压在弹簧上压盖(15)上；力传感器(21)用于测量所述真空膜盒组件产生的弹力，力传感器(21)沿轴向有上下两个螺纹孔，下螺纹孔安装转接螺柱(16)，上螺纹孔安装喇叭口导向螺钉(17)，弹簧上压盖(15)的上端通过转接螺柱(16)与力传感器(21)连接，喇叭口导向螺钉(17)通过导向安装座(18)、调节螺钉安装座(19)与球头调节螺钉(20)定位接触；球头调节螺钉(20)安装于调节螺钉安装座(19)；导向安装座(18)、调节螺钉安装座(19)通过螺钉安装在主支架(10)的上端。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，激光位移传感器(23)通过螺钉固连于位移滑块机构(22)上，激光位移传感器(23)用于测量所述真空膜盒组件产生的位移，位移滑块机构(22)通过螺钉固连于主支架(10)上。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述安装筒(11)的筒体沿轴向开一通槽，所述弹簧下压盖(13)沿径向伸出一光斑接收杆，以便所述光斑接收杆随膜盒受力而上下移动。

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，主支架(10)为剖切回转体结构。

6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光位移传感器(23)光束垂直向下。

7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述安装筒(11)内径与真空膜盒组件(4)外径尺寸相当，对真空膜盒组件起到同轴导向作用。

8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述喇叭口导向螺钉(17)、力传感器(21)、弹簧(14)、真空膜盒组件(4)的中心线在同一条直线上。

Images