CN114235855B - 一种航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于发动机试验技术领域，具体涉及一种航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法及装置。该方法包括步骤S1、在不同的发动机转速下，获取由X射线束穿透航空发动机后射入到闪烁屏上的多个图像，其中，每个图像对应于一个发动机转速；步骤S2、获得各所述图像中发动机转子安装边附近多个位置点的动态径向变形量，其中，各位置的动态径向变形量是指，在不同发动机转速下，该位置点相对于设定值的位移变化量；步骤S3、根据所述动态径向变形量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度。本申请实现了发动机转子安装边变形的非接触测量，获得安装边位置的径向变形量，直接表达安装边位置在工作状态下刚度水平。
Description
技术领域
本申请属于发动机试验技术领域，具体涉及一种航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法及装置。
背景技术
航空发动机转子结构设计中广泛使用螺栓连接的止口配合连接结构，连接结构在工作状态下的刚度表现，直接影响到发动机工作可靠性。
针对航空发动机转子连接刚度的非接触测量方法及基于测试结果的刚度分析尚属空白，目前对于转子连接刚度分析主要采用有限元建模仿真分析的方法，该方法存在以下缺点：
1.仿真方法主要分析安装边配合面处贴合接触程度、配合紧度变化，通过连接稳定性间接说明该位置处刚度在工作状态下的变化，不能直接定量评价转子连接结构刚度。
2.仿真方法通过建立连接位置局部模型，设定有限载荷条件，不能完全反应整机结构和载荷对连接结构的影响。
3.仿真方法能够分析有限的稳态点，计算状态有限。
4.仿真方法计算结果精度未经试验验证。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供了一种航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法及装置，实现发动机转子安装边变形量的非接触测量，从而评价连接位置刚度水平。
本申请第一方面提供了一种航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法，主要包括：
步骤S1、在不同的发动机转速下，获取由X射线束穿透航空发动机后射入到闪烁屏上的多个图像，其中，每个图像对应于一个发动机转速；
步骤S2、获得各所述图像中发动机转子安装边附近多个位置点的动态径向变形量，其中，各位置的动态径向变形量是指，在不同发动机转速下，该位置点相对于设定值的位移变化量；
步骤S3、根据所述动态径向变形量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度。
优选的是，步骤S1中，通过CCD相机的平面反射镜曝光投影在闪烁屏上的多个图像。
优选的是，步骤S2中，通过图像检查软件IPT_IPS对所获得的转子连接安装边的图像进行距离测量。
优选的是，步骤S3中进一步包括：
步骤S31、选取其中一个位置点为参考点，在任一发动机转速下，确定其他位置点相对于参考点的动态变化量，根据所述动态变化量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度。
优选的是，步骤S31中，采用无量纲参数Rs表示动态变化量，其中，
其中，Rsi(t)表示t时刻第i个位置点的无量纲参数，Ti(t)_y表示t时刻第i个位置点的位移，T5(t)_y表示t时刻参考点的位移，Ti(t＝0)_y表示t＝0时刻第i个位置点的位移，T5(t＝0)_y表示t＝0时刻参考点的位移。
本申请第二方面提供了一种航空发动机转子连接刚度非接触式测量装置，主要包括：
图像获取模块，用于在不同的发动机转速下，获取由X射线束穿透航空发动机后射入到闪烁屏上的多个图像，其中，每个图像对应于一个发动机转速；
动态径向变形量计算模块，用于获得各所述图像中发动机转子安装边附近多个位置点的动态径向变形量，其中，各位置的动态径向变形量是指，在不同发动机转速下，该位置点相对于设定值的位移变化量；
刚度评估模块，用于根据所述动态径向变形量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度。
优选的是，所述图像获取模块包括CCD相机，所述CCD相机被配置成用于通过平面反射镜曝光投影在闪烁屏上的多个图像。
优选的是，所述动态径向变形量计算模块包括IPT_IPS软件调用单元，用于，通过图像检查软件IPT_IPS对所获得的转子连接安装边的图像进行距离测量。
优选的是，所述刚度评估模块进一步包括：
无量纲转化单元，用于选取其中一个位置点为参考点，在任一发动机转速下，确定其他位置点相对于参考点的动态变化量，形成无量纲参数，所述无量纲参数用于确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度。
优选的是，所述无量纲转化单元采用无量纲参数Rs表示动态变化量，其中，
其中，Rsi(t)表示t时刻第i个位置点的无量纲参数，Ti(t)_y表示t时刻第i个位置点的位移，T5(t)_y表示t时刻参考点的位移，Ti(t＝0)_y表示t＝0时刻第i个位置点的位移，T5(t＝0)_y表示t＝0时刻参考点的位移。
本申请的关键点和保护点包括：
应用高能X射线测量技术对转子刚度进行非接触动态测量；采用移动坐标原点的无量纲化参数Rs评价工作状态下转子安装边刚度。
本申请的优点包括：
通过高能X射线刚度测量方法，实现发动机转子安装边变形的非接触测量，获得安装边位置的径向变形量，直接表达安装边位置在工作状态下刚度水平，填补了安装边刚度测量方法技术空白。通过对测试结果进行无量纲刚度分析，能够评价连接位置的刚度水平；本申请测量方法采用整机试验，测试结果能够反映整机结构和载荷对连接结构的影响；本申请能够实现动态采集，获取试车全历程刚度变化量。
附图说明
图1为本申请航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法的一优选实施例的流程图。
图2为基于本申请一优选实施例的安装边位置点径向变形量示意图。
图3为基于本申请一优选实施例的无量纲参数变化曲线示意图。
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。
本申请第一方面提供了一种航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法，应用于整机试验，如图1所示，该方法主要包括：
步骤S1、在不同的发动机转速下，获取由X射线束穿透航空发动机后射入到闪烁屏上的多个图像，其中，每个图像对应于一个发动机转速；
步骤S2、获得各所述图像中发动机转子安装边附近多个位置点的动态径向变形量，其中，各位置的动态径向变形量是指，在不同发动机转速下，该位置点相对于设定值的位移变化量；
步骤S3、根据所述动态径向变形量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度。
在一些可选实施方式中，步骤S1中，通过CCD相机的平面反射镜曝光投影在闪烁屏上的多个图像。
本申请基于高能X射线的转子连接安装边径向变形量非接触动态测量。在整机试车过程中，利用高能X射线动态辐射成像检测系统，对转子安装边进行测量。高能X射线数字成像基本方案为：加速器为X射线源，产生X射线束；X射线穿透航空发动机后射入到闪烁屏上，闪烁屏将X射线转换为可见光，在屏上形成可见光投影；CCD相机经过平面反射镜的反射后曝光采集投影图像，并将图像数据通过光纤传输至图像处理分系统的计算机中。
在一些可选实施方式中，步骤S2中，通过图像检查软件IPT_IPS对所获得的转子连接安装边的图像进行距离测量。
本实施例中，通过使用图像检查软件IPT_IPS获取转子安装边附近位置动态径向变形量，如图2所示，其给出了5处位置点的径向变形随转速的变化示意，图中纵坐标为变形量，单位为mm，横坐标为时间，编号1-5分别指代5处位置点，n2r表示发动机转速。由图可知，随着转速增加，位置1和位置5处的径向变形量最小；位置2至位置4径向变形量依次减小，位置2处径向变形量最大。
在一些可选实施方式中，步骤S3中进一步包括：
步骤S31、选取其中一个位置点为参考点，在任一发动机转速下，确定其他位置点相对于参考点的动态变化量，根据所述动态变化量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度。
在一些可选实施方式中，步骤S31中，采用无量纲参数Rs表示动态变化量，其中，
其中，Rsi(t)表示t时刻第i个位置点的无量纲参数，Ti(t)_y表示t时刻第i个位置点的位移，T5(t)_y表示t时刻参考点的位移，Ti(t＝0)_y表示t＝0时刻第i个位置点的位移，T5(t＝0)_y表示t＝0时刻参考点的位移。
根据图2中安装边1-5位置点径向变形量大小对比，可以定性的对比各位置的刚度水平，但测量结果中包含发动机和测试系统的绝对位移和误差，为进一步定量分析安装边局部刚度，发明采用移动坐标原点的无量纲化的参数Rs，用于评价安装边位置的工作状态相对冷态刚度水平，Rs值越大说明刚度越弱。针对图2测试结果，选取刚度加大的位置5作为参考点，其余四处位置换算相对位置5处的Rs值，计算方法如上述公式，解算结果如图3所示。
根据图3曲线可知，安装边位置工作状态径向变形Rs2值明显高于其他位置，且随转速增加而增加，说明该测试安装边相比附近位置刚度较弱。
本申请第二方面提供了一种与上述方法对应的航空发动机转子连接刚度非接触式测量装置，主要包括：
图像获取模块，用于在不同的发动机转速下，获取由X射线束穿透航空发动机后射入到闪烁屏上的多个图像，其中，每个图像对应于一个发动机转速；
动态径向变形量计算模块，用于获得各所述图像中发动机转子安装边附近多个位置点的动态径向变形量，其中，各位置的动态径向变形量是指，在不同发动机转速下，该位置点相对于设定值的位移变化量；
刚度评估模块，用于根据所述动态径向变形量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度。
在一些可选实施方式中，所述图像获取模块包括CCD相机，所述CCD相机被配置成用于通过平面反射镜曝光投影在闪烁屏上的多个图像。
在一些可选实施方式中，所述动态径向变形量计算模块包括IPT_IPS软件调用单元，用于，通过图像检查软件IPT_IPS对所获得的转子连接安装边的图像进行距离测量。
在一些可选实施方式中，所述刚度评估模块进一步包括：
无量纲转化单元，用于选取其中一个位置点为参考点，在任一发动机转速下，确定其他位置点相对于参考点的动态变化量，形成无量纲参数，所述无量纲参数用于确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度。
在一些可选实施方式中，所述无量纲转化单元采用无量纲参数Rs表示动态变化量，其中，
其中，Rsi(t)表示t时刻第i个位置点的无量纲参数，Ti(t)_y表示t时刻第i个位置点的位移，T5(t)_y表示t时刻参考点的位移，Ti(t＝0)_y表示t＝0时刻第i个位置点的位移，T5(t＝0)_y表示t＝0时刻参考点的位移。
本申请通过高能X射线刚度测量方法，实现发动机转子安装边变形的非接触测量，获得安装边位置的径向变形量，直接表达安装边位置在工作状态下刚度水平，填补了安装边刚度测量方法技术空白。通过对测试结果进行无量纲刚度分析，能够评价连接位置的刚度水平；本申请测量方法采用整机试验，测试结果能够反映整机结构和载荷对连接结构的影响；本申请能够实现动态采集，获取试车全历程刚度变化量。
本申请刚度分析方法精度经过试验验证，稳态精度为0.2mm，过渡态精度为0.3mm。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本申请作了详尽的描述，但在本申请基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本申请精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本申请要求保护的范围。
Claims (6)
1.一种航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法，其特征在于，包括：
步骤S1、在不同的发动机转速下，获取由X射线束穿透航空发动机后射入到闪烁屏上的多个图像，其中，每个图像对应于一个发动机转速；
步骤S2、获得各所述图像中发动机转子安装边附近多个位置点的动态径向变形量，其中，各位置的动态径向变形量是指，在不同发动机转速下，该位置点相对于设定值的位移变化量；
步骤S3、根据所述动态径向变形量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度；
其中，步骤S3中进一步包括：
步骤S31、选取其中一个位置点为参考点，在任一发动机转速下，确定其他位置点相对于参考点的动态变化量，根据所述动态变化量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度；
步骤S31中，采用无量纲参数Rs表示动态变化量，其中，
其中，Rsi(t)表示t时刻第i个位置点的无量纲参数，Ti(t)_y表示t时刻第i个位置点的位移，T5(t)_y表示t时刻参考点的位移，Ti(t＝0)_y表示t＝0时刻第i个位置点的位移，T5(t＝0)_y表示t＝0时刻参考点的位移。
2.如权利要求1所述的航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法，其特征在于，步骤S1中，通过CCD相机的平面反射镜曝光投影在闪烁屏上的多个图像。
3.如权利要求1所述的航空发动机转子连接刚度非接触式测量方法，其特征在于，步骤S2中，通过图像检查软件IPT_IPS对所获得的转子连接安装边的图像进行距离测量。
4.一种航空发动机转子连接刚度非接触式测量装置，其特征在于，包括：
图像获取模块，用于在不同的发动机转速下，获取由X射线束穿透航空发动机后射入到闪烁屏上的多个图像，其中，每个图像对应于一个发动机转速；
动态径向变形量计算模块，用于获得各所述图像中发动机转子安装边附近多个位置点的动态径向变形量，其中，各位置的动态径向变形量是指，在不同发动机转速下，该位置点相对于设定值的位移变化量；
刚度评估模块，用于根据所述动态径向变形量确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度；
其中，所述刚度评估模块进一步包括：
无量纲转化单元，用于选取其中一个位置点为参考点，在任一发动机转速下，确定其他位置点相对于参考点的动态变化量，形成无量纲参数，所述无量纲参数用于确定航空发动机转子安装边不同位置点的连接刚度；
所述无量纲转化单元采用无量纲参数Rs表示动态变化量，其中，
其中，Rsi(t)表示t时刻第i个位置点的无量纲参数，Ti(t)_y表示t时刻第i个位置点的位移，T5(t)_y表示t时刻参考点的位移，Ti(t＝0)_y表示t＝0时刻第i个位置点的位移，T5(t＝0)_y表示t＝0时刻参考点的位移。
5.如权利要求4所述的航空发动机转子连接刚度非接触式测量装置，其特征在于，所述图像获取模块包括CCD相机，所述CCD相机被配置成用于通过平面反射镜曝光投影在闪烁屏上的多个图像。
6.如权利要求4所述的航空发动机转子连接刚度非接触式测量装置，其特征在于，所述动态径向变形量计算模块包括IPT_IPS软件调用单元，用于，通过图像检查软件IPT_IPS对所获得的转子连接安装边的图像进行距离测量。
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