CN113984311A - 一种全发动机阶次叶盘激振试验装置及发动机阶次定距尺 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机的试验装置设计领域，特别涉及一种全发动机阶次叶盘激振试验装置，在内外环设计滑动轨道，同时创新设计了表盘式定位系统与锁紧装置，提高了定位机构与滑动轨道之间的连接刚度，实现了喷油嘴滑杆的周向位置精确定位。创新设计的交错式滑动轨道，可以实现360度无死角调节，解决了现有固定发动机阶次滑油喷射装置无法连续调节模拟任意发动机阶次激振源的难题。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机的试验装置设计领域，特别涉及一种全发动机阶次叶盘激振试验装置。
背景技术
随着高性能涡轮和压气机的出现，燃气涡轮叶片高周疲劳即HCF的断裂成为主要的故障模式。更高的转子速度，更近的各级间距离，更小的重量，变化多样的导流板和不断增加的单个叶片的气动功都造成了正常工作状态下更多叶片的共振模式被激励。
由于成本问题，试图借助发动机整机试验解决整个高周疲劳问题是不现实的。因此，带激励系统的动态旋转测试台为解决这个问题提供了方法。用可靠的HCF激励系统，动态旋转测试台可以模拟发动机流道中除了气动负载外的静态的和动态环境。转速，温度场和激振因素均可以同时模拟，确定转子以及叶片响应和潜在HCF故障并在发动机开发初期为改变设计提供评估参数，降低了发动机的研发成本，缩短了研发周期。
液体喷射激励方法是在试验转子外围布置一系列喷嘴，喷嘴尖端对着叶片。在试验中，从喷嘴中连续喷出的雾状液体，对旋转叶片的指定位置进行冲击。当液体接触到旋转叶片以后，其动能就会对叶片产生冲击力，周向均布固定的喷嘴相对于旋转轮盘的叶片形成了特定频率的激振力。通过控制喷嘴的数量和转子的转速，将会产生叶片特定模态的共振响应；通过控制喷嘴处液体的流量和压力，就可以调节激励力的幅值，进而控制共振响应的大小。
动态旋转测试台的HCF激励系统需要模拟叶片的在发动机工作状态下的激振源，即发动机阶次，如前缘工作叶片数、尾缘工作叶片数、燃烧室喷嘴数和进气支板数等，如图1所示。目前激振载荷施加装置主要为固定发动机阶次滑油喷射装置，通过在内外环周向特定位置加工定位孔固定喷油嘴滑杆，施加特定发动机阶次激振载荷，如图2所示；
现有的固定发动机阶次滑油喷射装置，在一次激振试验中模拟的最大发动机阶次与周向均布的定位孔数目相同,例如周向均布的20个定位孔能够模拟的发动机阶次为20E，模拟的其它发动机阶次与定位孔数目的约数相同,例如周向均布的20个定位孔能够模拟的其它发动机阶次为10E,5E,4E,2E和1E。无法通过一套滑油喷射装置连续调节模拟任意发动机阶次激振源，比如无法模拟12E、11E、9E、8E等发动机阶次。
现有的固定发动机阶次滑油喷射装置无法连续调节模拟任意发动机阶次激振源，不同的试验需求需要加工不同的滑油喷射装置，消耗巨大的经济成本。
现有的固定发动机阶次滑油喷射装置无法连续调节模拟任意发动机阶次激振源，更换滑油喷射装置需要反复拆装试验轮盘，重复拆焊、点焊引电器通道测试焊点，易导致测试通道损坏，通道标记失效，影响试验效率和试验结果有效性。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种全发动机阶次叶盘激振试验装置及发动机阶次定距尺，通过周向分布的喷油嘴对试验件喷油进行试验，包括：外环，内环，喷油嘴滑杆组件；
外环包括外表盘刻度与外滑槽，外表盘刻度在外环的外缘周向分布，外滑槽在外环的内缘周向分布；
内环为外环的同心圆，内环包括内盘刻度与内滑槽，内表盘刻度在内环的外缘周向分布，內滑槽靠近内表盘刻度周向分布；
喷油嘴滑杆组件包括滑杆与喷油嘴，喷油嘴转接滑块，喷油嘴通过喷油嘴转接滑块定位于滑杆的任意位置；喷油嘴滑杆组件的两端分别安装在外滑槽与內滑槽之上，使喷油嘴滑杆组件架设于外环与内环之间。
优选的是，外滑槽与內滑槽均为通槽，所述通槽包括第一滑槽与第二滑槽，所诉第一滑槽在周向上有周期性断开，所述第二滑槽在所述第一滑槽断开处连续。
优选的是，外环上安装环间定位指针，环间定位指针由外环指向内环。
优选的是，喷油嘴滑杆组件的两端分别有指针，所述指针分别指向外表盘刻度与内表盘刻度。
优选的是，喷油嘴滑杆组件的两端均包括两个螺栓孔，两个所述螺栓孔的位置分别处于所述第二滑槽与所述第一滑槽所在圆周上，螺栓穿过所述螺栓孔与所述第二滑槽或者所述第一滑槽固定喷油嘴滑杆组件的位置。
喷油嘴滑杆组件与外环连接处设有U型定位夹具，U型定位夹具包括两个内壁面，一个所述内壁面接触喷油嘴滑杆组件，另一所述内壁面接触外环，通过对U型定位夹具施加预紧力使两个所述内壁面靠近，使喷油嘴滑杆组件与外环夹紧。
优选的是，喷油嘴滑杆组件的滑杆套设喷油嘴转接滑块，喷油嘴转接滑块上设有定位螺栓，定位螺栓对滑杆与喷油嘴转接滑块施加或松懈预紧力，使喷油嘴转接滑块在滑杆任意位置定位或滑动；喷油嘴安装在喷油嘴转接滑块上。
优选的是，外环与内环均设置定位孔，所述定位孔设于内盘刻度或外表盘刻度预设刻度位置，使外环或内环安装于预设位置。
一种发动机阶次定距尺，用于定位安装所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置的喷油嘴滑杆组件，所述定距尺两端向分别向两侧延伸形成锤头，整体呈“工”字型，所述锤头的长度为喷油嘴滑杆组件之间的距离。
所述定距尺优选的是，所述定距尺两端的末端外缘为圆弧状。
本申请的优点包括；
解决了现有激振试验装置无法实现连续调节模拟任意发动机阶次激振源的问题，为旋转叶盘激振试验提供了全发动机阶次连续可调的激振载荷；
解决了现有激振试验装置在更换发动机阶次激振因素时，需要重复拆装试验件，重复拆焊点焊引电器测试通道的问题。
附图说明
图1是动态旋转测试台的HCF激励系统结构示意图；
图2是固定发动机阶次滑油喷射装置示意图；
图3是全发动机阶次叶盘激振试验装置结构示意图；
图4是全发动机阶次叶盘激振试验装置外环示意图；
图5是全发动机阶次叶盘激振试验装置内环示意图；
图6是环间定位指针安装示意图；
图7是环间定位指针示意图；
图8是喷油嘴滑杆安装角度算法流程图
图9是喷油嘴滑杆组件示意图；
图10是指向外环的指针示意图；
图11是指向内环的指针示意图；
图12是U型定位夹具示意图；
图13是滑槽安装状态示意图；
图14是发动机阶次定距尺示意图；
图15是发动机阶次定距尺安装示意图；
其中，1-外环，11-外表盘刻度，12-外滑槽，2-内环，3-喷油嘴滑杆组件，21-内盘刻度，22-内滑槽，31-滑杆，32-喷油嘴，33-喷油嘴转接滑块，34-定位螺栓，4-环间定位指针，5-U型定位夹具。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请提供了一种全发动机阶次叶盘激振试验装置及发动机阶次定距尺，整体示意图如图5所示，相较传统的固定发动机阶次滑油喷射装置，示意图如图2所示，本申请有全方位的喷嘴位置，能进行叶盘激振的无阶级试验，本申请全发动机阶次叶盘激振试验装置包括：外环1，内环2，喷油嘴滑杆组件3；如图3～图5所示。
外环1整体呈圆环盘状，整体在同一平面之内，外环1包括外表盘刻度11与外滑槽12，外表盘刻度11在外环1的外缘周向分布，外滑槽12在外环1的内缘周向分布；
内环2为外环1的同心圆，内环2包括内盘刻度21与内滑槽22，内表盘刻度21在内环2的外缘周向分布，內滑槽22靠近内表盘刻度21周向分布；
综上所述，内外环结构均具有表盘刻度和双重周向的内外滑槽两种种特征，其结构示意图如图4和图5所示，除此之外，内外环同时还具有定位孔，方便内外环的安装以及更换。内外环的关键作用是为喷油嘴滑杆组件3沿着周向双重滑槽提供滑动轨道，同时可以依据内外环的表盘刻度为喷油嘴滑杆组件3精确定位周向位置。周向双重的内外环滑槽的设计可以使喷油嘴滑杆组件3安装在内环2或者外环1上的任意角度位置，从而可以在内外环之间安装任意数量均布的喷油嘴滑杆组件3，对旋转叶盘提供激振载荷。
其工作原理是：在动态旋转测试台上装配内外环，使其处于同一水平平面。外环设置有安装定位孔，通过安装定位孔将环间定位指针4固定至外环。由于内环与外环均刻有0至360度长分度线，两个长分度线间有0.1度短分度线，指针将指出内环与外环的相对角度。根据需要实现的发动机阶次，将发动机阶次与环间相对角度输入算法，算法将会给出每个喷油嘴滑杆在内外环上的周向绝对角度。如图6～图8所示。
喷油嘴滑杆组件3包括滑杆31与喷油嘴32，喷油嘴转接滑块33，喷油嘴32通过喷油嘴转接滑块33定位于滑杆31的任意位置；喷油嘴滑杆组件3的两端分别安装在外滑槽12与內滑槽22之上，使喷油嘴滑杆组件3架设于外环1与内环2之间；其结构示意图如图9所示。喷油嘴滑杆组件的关键作用是定位滑油激励喷嘴的周向角度精确位置，以及定位激振载荷作用在叶片上的精确位置。
喷油嘴滑杆组件3工作原理是：喷油嘴滑杆组件通过螺栓固定在内外环的滑槽内，根据算法给出的角度滑动组件至对应位置，当内环定位指针与外环定位指针均指向对应角度时紧固螺栓，同时紧固安装在外环定位指针两侧的U型定位夹具，利用U型定位夹具的弹性变形夹紧喷油嘴滑杆组件与外环，防止喷油嘴滑杆组件在工作状态下的周向蹿动，如图10～图12所示。
图9所示为喷油嘴滑杆组件3安装至内外环长滑槽内的状态，当算法给出的安装角度处在长滑槽的间断位置时，喷油嘴滑杆组件可以安装至内外环短滑槽内，实现了周向无死角定位调节，喷油嘴滑杆组件3具体结构如图13所示。
在一些可实施方案中，外滑槽12与內滑槽22均为通槽，所述通槽包括第一滑槽与第二滑槽，所诉第一滑槽在周向上有周期性断开，所述第二滑槽在所述第一滑槽断开处连续，由于滑槽都是通槽，若是全周向的通槽，就会造成通槽将外环1或者内环2分割成两部分，双槽通过间歇交替，使槽间接上在周向连续。
在一些可实施方案中，外环1上安装的环间定位指针4，环间定位指针4由外环1指向内环2。
在一些可实施方案中，喷油嘴滑杆组件3的两端分别具有指针，所述指针分别指向外表盘刻度11与内表盘刻度21。
在一些可实施方案中，喷油嘴滑杆组件3的两端均包括两个螺栓孔，两个所述螺栓孔的位置分别处于所述第二滑槽与所述第一滑槽所在圆周上，螺栓穿过所述螺栓孔与所述第二滑槽或者所述第一滑槽固定喷油嘴滑杆组件3的位置。
在一些可实施方案中，喷油嘴滑杆组件3与外环1连接处设有U型定位夹具5，U型定位夹具5包括两个内壁面，一个所述内壁面接触喷油嘴滑杆组件3，另一所述内壁面接触外环1，通过对U型定位夹具5施加预紧力使两个所述内壁面靠近，使喷油嘴滑杆组件3与外环1夹紧。
在一些可实施方案中，喷油嘴滑杆组件3的滑杆31套设喷油嘴转接滑块33，喷油嘴转接滑块33上设有定位螺栓34，定位螺栓34对滑杆31与喷油嘴转接滑块33施加或松懈预紧力，使喷油嘴转接滑块33在滑杆31任意位置定位或滑动；喷油嘴32安装在喷油嘴转接滑块33上。
在一些可实施方案中，外环1与内环2均设置定位孔，所述定位孔设于内盘刻度21或外表盘刻度11预设刻度位置，使外环1或内环2安装于预设位置，所述预设位置经过如图8所示计算获得。
一种发动机阶次定距尺，用于定位安装所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置的喷油嘴滑杆组件3，所述定距尺两端向分别向两侧延伸形成锤头，其具体为：定距尺结构为工字形零件，根据不同的发动机阶次需求设计的不同尺寸的定距尺，其结构示意图如图14所示。定距尺的关键作用是快速定位圆周范围内的所有定位滑杆组件的周向角度位置。
其工作原理是：在安装紧固第一个喷油嘴滑杆组件的初始位置后，将相应发动机阶次的定距尺一端端面放置于与内外环定位指针的一端端面接触，此时滑动第二个喷油嘴滑杆组件，至其内外环定位指针端面与定距尺另一端面接触，紧固螺栓，移除定距尺。后续的喷油嘴滑杆组件按上述方法快速安装，原理同上，如图15所示。
所述定距尺在一些可实施方案中，所述定距尺两端的末端外缘为圆弧状，圆弧状可以贴合内外环的边缘，能够和内外环有更紧密的贴合。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种全发动机阶次叶盘激振试验装置，通过周向分布的喷油嘴对试验件喷油进行试验，其特征在于，包括：外环(1)，内环(2)，喷油嘴滑杆组件(3)；
外环(1)包括外表盘刻度(11)与外滑槽(12)，外表盘刻度(11)在外环(1)的外缘周向分布，外滑槽(12)在外环(1)的内缘周向分布；
内环(2)为外环(1)的同心圆，内环(2)包括内盘刻度(21)与内滑槽(22)，内表盘刻度(21)在内环(2)的外缘周向分布，內滑槽(22)靠近内表盘刻度(21)周向分布；
喷油嘴滑杆组件(3)包括滑杆(31)与喷油嘴(32)，喷油嘴转接滑块(33)，喷油嘴(32)通过喷油嘴转接滑块(33)定位于滑杆(31)的任意位置；喷油嘴滑杆组件(3)的两端分别安装在外滑槽(12)与內滑槽(22)之上，使喷油嘴滑杆组件(3)架设于外环(1)与内环(2)之间。
2.如权利要求1所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置，其特征在于，外滑槽(12)与內滑槽(22)均为通槽，所述通槽包括第一滑槽与第二滑槽，所诉第一滑槽在周向上有周期性断开，所述第二滑槽在所述第一滑槽断开处连续。
3.如权利要求1所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置，其特征在于，外环(1)上安装环间定位指针(4)，环间定位指针(4)由外环(1)指向内环(2)。
4.如权利要求1所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置，其特征在于，喷油嘴滑杆组件(3)的两端分别有指针，所述指针分别指向外表盘刻度(11)与内表盘刻度(21)。
5.如权利要求1所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置，其特征在于，喷油嘴滑杆组件(3)的两端均包括两个螺栓孔，两个所述螺栓孔的位置分别处于所述第二滑槽与所述第一滑槽所在圆周上，螺栓穿过所述螺栓孔与所述第二滑槽或者所述第一滑槽固定喷油嘴滑杆组件(3)的位置。
6.如权利要求5所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置，其特征在于，喷油嘴滑杆组件(3)与外环(1)连接处设有U型定位夹具(5)，U型定位夹具(5)包括两个内壁面，一个所述内壁面接触喷油嘴滑杆组件(3)，另一所述内壁面接触外环(1)，通过对U型定位夹具(5)施加预紧力使两个所述内壁面靠近，使喷油嘴滑杆组件(3)与外环(1)夹紧。
7.如权利要求1所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置，其特征在于，喷油嘴滑杆组件(3)的滑杆(31)套设喷油嘴转接滑块(33)，喷油嘴转接滑块(33)上设有定位螺栓(34)，定位螺栓(34)对滑杆(31)与喷油嘴转接滑块(33)施加或松懈预紧力，使喷油嘴转接滑块(33)在滑杆(31)任意位置定位或滑动；喷油嘴(32)安装在喷油嘴转接滑块(33)上。
8.如权利要求1所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置，其特征在于，外环(1)与内环(2)均设置定位孔，所述定位孔设于内盘刻度(21)或外表盘刻度(11)预设刻度位置，使外环(1)或内环(2)安装于预设位置。
9.一种发动机阶次定距尺，其特征在于，用于定位安装如权利要求1所述的全发动机阶次叶盘激振试验装置的喷油嘴滑杆组件(3)，所述定距尺两端向分别向两侧延伸形成锤头，整体呈“工”字型，所述锤头的长度为相邻喷油嘴滑杆组件(3)之间的距离。
10.如权利要求9所述的发动机阶次定距尺，其特征在于，所述定距尺两端的末端外缘为圆弧状。
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