CN113834660B - 钛合金摩擦着火模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供了一种钛合金摩擦着火模拟装置，包括：腔体、轮盘、第一驱动装置、摩擦件、径向微进给系统。其中，轮盘设置在腔体的内部，用于模拟转子；第一驱动装置与轮盘连接，用于驱动轮盘自转；摩擦件设置在腔体的内部且靠近轮盘的边缘，用于模拟静子；径向微进给系统与摩擦件连接，径向微进给系统配置为驱动摩擦件沿直线运动，以使摩擦件与轮盘的边缘产生持续性接触摩擦或间歇性接触碰摩。可见，应用本申请实施例提供的钛合金摩擦着火模拟装置，能够较为便捷地切换对静子和转子之间的两种摩擦状态的模拟，以更好地模拟发动机失效过程中产生的摩擦状态。
Description
技术领域
本申请涉及模拟设备技术领域，特别是涉及一种钛合金摩擦着火模拟装置。
背景技术
钛合金燃烧是现代航空发动机的典型灾难性事故,其主要的着火源是由压气机转子和静子的异常摩擦引起的，尤其在高温、高压、交变荷载等工况下，转子和静子发生高速接触摩擦，包括持续性接触摩擦与高速间歇性碰摩两种状态，当摩擦产生热量累积达到钛合金着火条件时，易产生钛火事故，导致发动机失效甚至烧毁，造成较为严重的损失。
目前，在一些相关技术中，对发动机失效过程中产生的摩擦状态的模拟较为单一，导致模拟准确度较低，无法为钛合金摩擦着火现象的研究提供很好的帮助。因此，如何更好地模拟发动机失效过程中产生的摩擦状态，是本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种钛合金摩擦着火模拟装置，以更好地模拟发动机失效过程中产生的摩擦状态。具体技术方案如下：
本申请实施例提供了一种钛合金摩擦着火模拟装置，包括：腔体；轮盘，所述轮盘设置在所述腔体的内部，所述轮盘用于模拟转子；第一驱动装置，所述第一驱动装置与所述轮盘连接，以驱动所述轮盘自转；摩擦件，所述摩擦件设置在所述腔体的内部且靠近所述轮盘的边缘，所述摩擦件用于模拟静子；径向微进给系统，所述径向微进给系统与所述摩擦件连接，所述径向微进给系统配置为驱动所述摩擦件沿直线运动，以使所述摩擦件与所述轮盘的边缘产生持续性接触摩擦或间歇性接触碰摩。
根据本申请实施例提供的一种钛合金摩擦着火模拟装置，其径向微进给系统上连接有用于模拟静子的摩擦件，其第一驱动装置与用于模拟转子的轮盘相连，在应用本申请实施例提供的钛合金摩擦着火模拟装置进行实验时，第一驱动装置驱动轮盘自转，径向微进给系统驱动摩擦件沿直线运动，以使摩擦件与轮盘的边缘产生持续性接触摩擦或间歇性接触碰摩，进而实现模拟静子和转子之间的持续性接触摩擦或间歇性接触碰摩。比如，若径向微进给系统驱动摩擦件始终向靠近轮盘的边缘的方向运动，则可以使摩擦件与轮盘的边缘产生持续性接触，进而实现模拟静子和转子之间的持续性接触摩擦；若径向微进给系统驱动摩擦件做往返直线运动，则可以使摩擦件与轮盘的边缘产生间歇性接触碰摩，进而实现模拟静子和转子之间的间歇性接触碰摩。可见，应用本申请实施例提供的钛合金摩擦着火模拟装置，能够较为便捷地切换对静子和转子之间的两种摩擦状态的模拟，以更好地模拟发动机失效过程中产生的摩擦状态。
另外，根据本申请实施例提供的一种钛合金摩擦着火模拟装置，还可以具有以下附加的技术特征：
在本申请的一些实施例中，所述径向微进给系统包括第二驱动装置、进给装置和线性导轨，所述摩擦件与所述进给装置连接，所述第二驱动装置用于驱动所述进给装置沿所述线性导轨运动。
在本申请的一些实施例中，所述钛合金摩擦着火模拟装置还包括位移传感器，所述位移传感器配置为测量所述径向微进给系统的位移量。
在本申请的一些实施例中，所述钛合金摩擦着火模拟装置还包括数据处理单元，所述数据处理单元用于基于所述径向微进给系统的位移量计算得到所述摩擦件的变形量。
在本申请的一些实施例中，所述钛合金摩擦着火模拟装置还包括牵引绳和秤砣，其中，所述牵引绳的一端通过所述径向微进给系统与所述摩擦件连接，所述牵引绳的另一端与所述秤砣连接；所述数据处理单元还用于在所述秤砣上施加不同重量的砝码后，基于所述径向微进给系统不同的位移量、所述摩擦件不同的变形量、以及所述秤砣与不同重量的砝码的总重力，计算得到所述摩擦件的刚度。
在本申请的一些实施例中，所述钛合金摩擦着火模拟装置还包括控制系统，所述控制系统用于基于所述径向微进给系统的位移量、所述摩擦件的变形量、以及所述摩擦件的刚度，控制所述第二驱动装置输出的驱动速度。
在本申请的一些实施例中，所述摩擦件的结构为凸台结构。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本申请实施例提供的一种钛合金摩擦着火模拟装置的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种钛合金摩擦着火模拟装置的第一驱动装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参考图1所示，本申请实施例提供了一种钛合金摩擦着火模拟装置，包括：腔体1、轮盘2、第一驱动装置3、摩擦件4、径向微进给系统5。其中，轮盘2设置在腔体1的内部，用于模拟转子；第一驱动装置3与轮盘2连接，用于驱动轮盘2自转；摩擦件4设置在腔体1的内部且靠近轮盘2的边缘，用于模拟静子；径向微进给系统5与摩擦件4连接，径向微进给系统5配置为驱动摩擦件4沿直线运动，以使摩擦件4与轮盘2的边缘产生持续性接触摩擦或间歇性接触碰摩。
根据本申请实施例提供的一种钛合金摩擦着火模拟装置，其径向微进给系统5上连接有用于模拟静子的摩擦件4，其第一驱动装置3与用于模拟转子的轮盘2相连，在应用本申请实施例提供的钛合金摩擦着火模拟装置进行实验时，第一驱动装置3驱动轮盘2自转，径向微进给系统5驱动摩擦件4沿直线运动，以使摩擦件4与轮盘2的边缘产生持续性接触摩擦或间歇性接触碰摩，进而实现模拟静子和转子之间的持续性接触摩擦或间接性接触摩擦。比如，若径向微进给系统5驱动摩擦件4始终向靠近轮盘2的边缘的方向运动，则可以使摩擦件4与轮盘2的边缘产生持续性接触，进而实现模拟静子和转子之间的持续性接触摩擦；若径向微进给系统5驱动摩擦件4做往返直线运动，则可以使摩擦件4与轮盘2的边缘产生间歇性接触碰摩，进而实现模拟静子和转子之间的间歇性接触碰摩。可见，应用本申请实施例提供的钛合金摩擦着火模拟装置，能够较为便捷地切换对静子和转子之间的两种摩擦状态的模拟，以更好地模拟发动机失效过程中产生的摩擦状态。
在本申请的一些实施例中，腔体1设置有第一预留口(图中未示出)，第一驱动装置3通过腔体1的第一预留口与轮盘2连接。这种情况下，参考图2所示，第一驱动装置3可以包括：第一电机31、密封结构32、轴承座33和连接轴34。其中，第一电机31的输出端与连接轴34的一端连接；连接轴34的另一端置于轴承座33上并贯穿第一预留口与腔体1内的轮盘2连接，且密封结构32密封安装在第一预留口处。密封结构32可以用于防止连接轴34通过第一预留口后余下的空隙泄露腔体1内的气体，也就是，通过设置密封结构32可以有助于减少腔体1内的气体泄露、增强腔体1内的压强；将连接轴34的另一端置于轴承座33上，可以降低第一电机31带来的晃动，使得第一电机31输出的驱动转速能够较稳定地传输至轮盘2。
在本申请的一些实施例中，第一电机31可以采用高速电机，以满足较高的转速要求。这种情况下，第一电机31的输出端可以通过联轴器与连接轴34的一端连接。由于高速电机在转速较大时，容易产生较大的振动和晃动，因此，通过设置联轴器，可以降低高速电机输出的高转速动力所带来的扭矩，进一步使得高速电机输出的驱动转速能够更加稳定地传输至轮盘2。
在本申请的一些实施例中，径向微进给系统5包括第二驱动装置51、进给装置52和线性导轨53，摩擦件4与进给装置52连接，第二驱动装置51用于驱动进给装置52沿线性导轨53运动。也就是，利用第二驱动装置51驱动进给装置52沿线性导轨53运动，并将摩擦件4安装在进给装置52上，以使得摩擦件4在进给装置52的带动下在线性导轨53上实现直线运动。一种情况下，第二驱动装置51包括第二电机(图中未示出)，该第二电机可以是压电陶瓷电机，压电陶瓷电机是利用压电陶瓷材料激发超声波实现驱动的一种新型电机，其具有低速下大力矩输出、无电磁干扰、静音操作、保持力矩大、响应速度快、结构简单等特点，可以更好地实现摩擦件4的平稳运动。
在本申请的一些实施例中，参考图1所示，摩擦件4的结构为凸台结构，安装时，使该凸台结构的凸起端靠近轮盘2的边缘，在径向微进给系统5的驱动下，该凸台结构的凸起端与轮盘2的边缘产生持续性接触摩擦或间歇性接触碰摩。凸台结构的凸起端面积较小，其与轮盘2的边缘接触摩擦后表面被磨损，会使得凸起端的长度变短，径向微进给系统5驱动凸台结构继续保持靠近轮盘2的边缘的状态，从而使得凸台结构的凸起端与轮盘2的边缘连续接触，以实现模拟静子和转子之间的持续性接触摩擦；而且，这种情况下，通过测量凸台结构的位移量便可较轻松地获知凸台结构的凸起端的磨损量，有便于获取实验数据。
在本申请的一些实施例中，钛合金摩擦着火模拟装置还包括位移传感器6，位移传感器6配置为测量径向微进给系统5的位移量。一种情况下，参考图1所示，可以将位移传感器6设置在进给装置52上，通过测量进给装置52的位移量即可得到径向微进给系统5的位移量，进而可以获得摩擦件4的位移量。
进一步地，钛合金摩擦着火模拟装置还可以包括数据处理单元(图中未示出)，该数据处理单元可以与位移传感器6连接，这种情况下，位移传感器6可以将测得的位移量输出至数据处理单元，数据处理单元用于基于该位移量计算得到摩擦件4的变形量(包括摩擦件4的磨损量)。
进一步地，数据处理单元可以对径向微进给系统5的位移量及其对应的摩擦件4的变形量进行数据存储，以自动记录实验数据，为实验者后续的研究工作提供数据支持。
进一步地，参考图1所示，钛合金摩擦着火模拟装置还可以包括牵引绳7和秤砣8，其中，牵引绳7的一端通过径向微进给系统5与摩擦件4连接，牵引绳7的另一端与秤砣8连接。这种情况下，数据处理单元还可以用于在秤砣8上施加不同重量的砝码9后，基于径向微进给系统5不同的位移量、摩擦件4不同的变形量、以及秤砣8与不同重量的砝码9的总重力，计算得到摩擦件4的刚度。也就是，设置位移传感器6、牵引绳7和秤砣8，在实验前，可以通过在秤砣8上施加不同重量的砝码9，改变径向微进给系统5的位移量，以校准摩擦件4的刚度。
举例来说，参考图1所示，钛合金摩擦着火模拟装置还可以包括定滑轮10和支撑杆11，定滑轮10与支撑杆11固定连接，牵引绳7置于定滑轮10上，调整支撑杆11的安装角度，使得定滑轮10的外缘与牵引绳7的接触面、以及牵引绳7与摩擦件4的连接点保持水平。可以理解的，利用定滑轮10对力的方向的改变，使得秤砣8以及在秤砣8上施加的不同重量的砝码9的重力即等于摩擦件4所受的拉力，以此简化对摩擦件4的刚度的计算。
秤砣8与不同重量的砝码9的总重力，在第一种情况下，可以是通过在秤砣8上设置重力传感器(图中未示出)，并将该重力传感器与数据处理单元连接，以使得数据处理单元获取得到秤砣8与在秤砣8上施加的不同重量的砝码9的总重力；或者，在第二种情况下，也可以是由实验者在秤砣8上施加不同重量的砝码9后，向数据处理单元输入秤砣8与当前施加的砝码9所对应的总重量，以使得数据处理单元计算得到秤砣8与当前施加的砝码9所对应的总重力。
进一步地，数据处理单元还可以基于摩擦件4的变形量、以及摩擦件4的刚度，计算得到摩擦件4与轮盘2之间的摩擦正压力。
其中，涉及摩擦件4的变形量、摩擦件4的刚度、以及摩擦件4与轮盘2之间的摩擦正压力的各项计算，通过预先在数据处理单元内写入现有的计算处理程序即可实现，此处不加以赘述。
由此可见，应用本申请实施例提供的钛合金摩擦着火模拟装置，可以更方便地获取对钛合金摩擦着火现象的研究实验数据，该钛合金摩擦着火模拟装置的实用性较强。
进一步地，钛合金摩擦着火模拟装置还可以包括控制系统(图中未示出)，控制系统用于基于径向微进给系统5的位移量、摩擦件4的变形量、以及摩擦件4的刚度，控制第二驱动装置51输出的驱动速度。由于根据径向微进给系统5不同的位移量可以计算得到摩擦件4不同的变形量，且结合摩擦件4不同的变形量与在实验前测得的摩擦件4的刚度可以获知摩擦件4与轮盘2之间不同的摩擦正压力，容易理解的，通过控制第二驱动装置51输出的驱动速度可以控制进给装置52的位移量，即控制径向微进给系统5的位移量，从而使得摩擦件4与轮盘2之间的摩擦正压力保持不变。以此，更好地模拟发动机失效过程中产生的摩擦状态。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本申请的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。
Claims (3)
1.一种钛合金摩擦着火模拟装置，其特征在于，包括：
腔体；
轮盘，所述轮盘设置在所述腔体的内部，所述轮盘用于模拟转子；
第一驱动装置，所述第一驱动装置与所述轮盘连接，以驱动所述轮盘自转；
摩擦件，所述摩擦件设置在所述腔体的内部且靠近所述轮盘的边缘，所述摩擦件用于模拟静子；
径向微进给系统，所述径向微进给系统与所述摩擦件连接，所述径向微进给系统配置为驱动所述摩擦件沿直线运动，以使所述摩擦件与所述轮盘的边缘产生持续性接触摩擦或间歇性接触碰摩，所述径向微进给系统包括第二驱动装置、进给装置和线性导轨，所述摩擦件与所述进给装置连接，所述第二驱动装置用于驱动所述进给装置沿所述线性导轨运动；
位移传感器，所述位移传感器配置为测量所述径向微进给系统的位移量；
数据处理单元，所述数据处理单元用于基于所述径向微进给系统的位移量计算得到所述摩擦件的变形量；
牵引绳和秤砣，其中，所述牵引绳的一端通过所述径向微进给系统与所述摩擦件连接，所述牵引绳的另一端与所述秤砣连接；
所述数据处理单元还用于在所述秤砣上施加不同重量的砝码后，基于所述径向微进给系统不同的位移量、所述摩擦件不同的变形量、以及所述秤砣与不同重量的砝码的总重力，计算得到所述摩擦件的刚度。
2.根据权利要求1所述的钛合金摩擦着火模拟装置，其特征在于，所述钛合金摩擦着火模拟装置还包括控制系统，所述控制系统用于基于所述径向微进给系统的位移量、所述摩擦件的变形量、以及所述摩擦件的刚度，控制所述第二驱动装置输出的驱动速度。
3.根据权利要求1所述的钛合金摩擦着火模拟装置，其特征在于，所述摩擦件的结构为凸台结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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