CN116296171A - 具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置 - Google Patents
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Abstract
具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，包括旋转驱动系统、弹支转子系统、支撑底座、支点激励模拟装置、外部激励模拟装置、测试系统和底台。外部激励装置能够模拟发动机转子处于的振动环境以及激动飞行载荷；内部支点激励模拟装置能够模拟支点承受冲击载荷，结合转盘、碰摩杆等，能够有效模拟转子产生周期型激励，能够有效模拟航空发动机弹支转子复杂激励环境；具有支点载荷力传感器、转子振动位移传感器、加速度、鼠笼应变等测试传感器，能够综合测试转子振动、鼠笼应变、载荷等数据，实现振动耦合分析；具有弹性转子系统包含转子、鼠笼、腹板、机匣等与航空发动机相似结构，能够有效模拟发动机弹性支撑以及转子结构特征。
Description
技术领域
本发明涉及属于航空发动机试验与测试技术领域。
背景技术
航空发动机转子系统是保证航空发动机安全稳定运行的重要结构件，具有复杂的支撑结构，普遍采用的弹性支承结构(以下简称弹支结构)，能够综合调整系统临界转速保证安全裕度并提高系统运行稳定性，内部转子和支撑结构复杂，其动力学特性与转子系统乃至整机的动力学性能和振动问题密切相关。航空发动机转子动力学激励具有复杂性，包括转子不平衡、不对中、碰摩等引起内部转轴激励载荷，支点承受冲击力、还受飞机着陆时冲击、机动飞行载荷等外激励。
目前无法在真实航空发动机上直接获得转子结构本体的振动数据，而真实实验研究有所限制；目前普遍采用各种模拟试验装置开展试验装置，如：航空发动机双转子-支承-机匣试验器等，多数实验装置不具备内外冲击机理模拟，难以模拟发动机转子和支点所受复杂激励模拟动力学特性，因此迫切需要研制具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供具有内外部激励模拟装置、支点载荷测试装置的航空发动机弹支转子模拟试验装置，能够开展外部机动飞行、冲击模拟以及支点激励和转子激励测试，实现航空发动机弹支转子振动特性测试。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，包括旋转驱动系统1、弹支转子系统2和支点激励模拟装置4，弹支转子系统2的两端设有腹板21，两端腹板21内侧分别安装两个鼠笼23，一侧腹板21与鼠笼23之间安装力传感器22，两侧的鼠笼23内端与轴承座24连接，轴承25安装于轴承座24内部，转轴26一端连接一侧的轴承25转轴26另一端连接另一侧的轴承25并且贯穿同侧的腹板21与旋转驱动系统1连接；对应于力传感器22一侧的鼠笼23上部安装支点激励模拟装置4，支点激励模拟装置4的径向激振器41位于鼠笼23上方，径向激振器41下部连接径向激振杆42，径向激振杆42下端连接轴承座24。
所述弹支转子系统2安装于支撑底座3上，支撑底座3为梯形凹形结构，弹支转子系统2两侧腹板21固定于内部凹形结构32两端。
所述支撑座3上位于力传感器22一侧的鼠笼23外侧对称安装支撑立板44，两个支撑立板44上端之间安装激振器连接板43，径向激振器41安装于激振器连接板43上。
所述支撑底座3下侧设有底台7，底台7上设有横向的滑动导轨53，支撑底座3底部安装滑块54，支撑底座3与底台7之间通过滑块54和滑动导轨53滑动连接；底台7上位于支撑底座3一侧安装外部激励模拟装置5，外部激励模拟装置5的横向激振器51连接横向激振杆52，横向激振杆52前端连接支撑底座3。
所述转轴26上安装转盘27，两侧的腹板21之间安装机匣28，机匣28位于鼠笼23和转盘27外侧，机匣28上与转盘27同一径向平面间隙安装碰摩杆29。
所述力传感器22一侧的鼠笼23上安装应变62，所述腹板1内侧安装传感器安装支架63，传感器安装支架63上位于转轴26的水平和垂直方向分别安装振动位移传感器61；轴承座24上安装加速度传感器64。
所述力传感器22为三向力传感器。
所述转盘27端面设有用于设置转子不平衡的螺纹孔。
所述径向激振杆42下端通过径向连接销轴45连接轴承座24的径向激振杆连接孔210；所述横向激振杆52通过横向连接销轴56连接支撑底座3。
本发明的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，具有以下有益效果：
(1)本发明具有试验装置具有外部激励装置能够模拟发动机转子处于的振动环境以及激动飞行载荷；内部支点激励模拟装置能够模拟支点承受冲击载荷，此外，结合转子系统的不平衡盘、碰摩装置等转子激励模拟装置，能够有效模拟转子产生周期型激励，能够有效模拟航空发动机弹支转子复杂激励环境；
(2)本发明测试系统具有支点载荷力传感器、转子振动位移传感器、加速度、鼠笼应变等测试传感器，能够综合测试转子振动、鼠笼应变、载荷等数据，实现振动耦合分析；
(3)本发明具有弹性转子系统包含转子、鼠笼、腹板、机匣等与航空发动机相似结构，能够有效模拟发动机弹性支撑以及转子结构特征。
附图说明
图1为本发明具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置(无机匣)结构图。
图2为本发明具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置(有机匣)结构图。
图3为本发明航空发动机弹性转子系统的主视剖面图。
图4为本发明航空发动机弹性转子系统轴向剖面图。
图5为本发明航空发动机弹性支撑剖面图。
图6为本发明支撑底座结构图。
图7为本发明支点激励模拟装置结构图。
图8为本发明外部激励模拟装置结构图。
图9为本发明测试系统安装结构图。
图中：1、旋转驱动系统，2、弹支转子系统，21、腹板，22、力传感器，23、鼠笼，24、轴承座，25、轴承，26、转轴，27、转盘，28、机匣，29、碰摩杆，210、径向激振杆连接孔；3、支撑底座，31、安装孔，32、内部凹形结构，33、外部激励装置连接孔，34、滑块连接孔；4、支点激励模拟装置，41、径向激振器，42、径向激振杆，43、激振器连接板，44、支撑立板，45、径向连接销轴，5、外部激励模拟装置，51、横向激振器，52、横向激振杆，53、滑动导轨，54、滑块，56、横向连接销轴，6、测试系统，61、振动位移传感器，62、应变，63、传感器安装支架，64、加速度传感器，7、底台。
具体实施方式
本发明的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置如图1、2所示，包括旋转驱动系统1、弹支转子系统2、支撑底座3、支点激励模拟装置4、外部激励模拟装置5、测试系统6和底台7。旋转驱动系统1位于弹支转子系统2一端，用于驱动弹支转子系统2旋转，采用变频驱动，能够模拟不同转速工况。弹支转子系统2具有转子、鼠笼、腹板、机匣等与航空发动机相似结构，能够有效模拟发动机弹性支撑以及转子结构特征，结合转子系统的不平衡盘、碰摩装置等转子激励模拟装置，能够有效模拟转子产生周期型激励。本发明支撑底座3用于支撑弹支转子系统2以及支点激励模拟装置4，并于外部激励模拟装置5连接。支点激励模拟装置4位于弹支转子系统2上部，并于弹支转子系统2支点连接，用于给弹性支撑施加冲击载荷，模拟支点承受的激励。外部激励模拟装置5位于底座3一侧，并于底座3连接，用于给底座及其弹支转子系统2等施加外部激励，模拟发动机转子处于的振动环境以及激动飞行载荷。
如图3-5所示，弹支转子系统2包括腹板21、力传感器22、鼠笼23、轴承座24、轴承25、转轴26、转盘27、机匣28、碰摩杆29。腹板21为2个，位于弹支转子系统2两侧，两端腹板21内侧分别安装两个鼠笼23，一侧腹板21与鼠笼23之间安装力传感器22，两侧的鼠笼23内端与轴承座24连接，轴承25安装于轴承座24内部，转轴26一端连接一侧的轴承25转轴26另一端连接另一侧的轴承25并且贯穿同侧的腹板21与旋转驱动系统1连接；对应于力传感器22一侧的鼠笼23上部安装支点激励模拟装置4，支点激励模拟装置4的径向激振器41位于鼠笼23上方，径向激振器41下部连接径向激振杆42，径向激振杆42下端连接轴承座24。力传感器22为三向力传感器，用于测试不同工况下轴向、径向支点载荷。鼠笼为航空发动机典型弹性支撑结构，鼠笼23另外一端通过螺栓与轴承座24连接，轴承25安装固定于轴承座24内部，支撑轴承24为滚动轴承，用于支承转轴26旋转。转盘27安装在转轴26，转盘27端面设置螺纹孔，用于设置转子不平衡，用于模拟转子不平衡激励。机匣28两端面连接两个腹板21，并将鼠笼23、轴承座24、轴承25、转轴26、转盘27等部件容纳在其中，机匣28为上下分体结构，方便内部转子系统调试以及传感器安装。所述的机匣上有安装孔用于安装碰摩杆29，碰摩杆29与转盘27在一径向平面。通过调整碰摩杆29与转盘27的间隙大小，模拟转子碰摩杆程度。
如图6所示，本发明支撑底座3为梯形凹形结构，其上表面具有连界面和安装孔31用于安装支撑弹支转子系统2和支点激励模拟装置4，内部凹形结构32用于容纳部分弹支转子系统2。底座3具有外部激振装置连接孔33用于与外部激振装置连接。其下部具有多个滑块连接孔34用于与滑块54连接。
所图7所示，支点激励模拟装置4包括激振器41、激振杆42、激振器连接板43、支撑立板44、连接销轴45组成。激振器41作于弹支转子系统2上部，激振器41顶部固定激振杆42，激振杆42通过连接销轴45与轴承座24上的激振杆连接孔210连接。激振器41与激振器连接板43连接，激振器连接板43与支撑立板44连接，支撑立板44固定连接在支撑底座3上表面。激振器41产生一定频率的位移激励，轴承座24与鼠笼25为弹性支撑，允许产生一定的径向位移，从而实现弹支转子系统2的支点激励模拟。
如图8所示，所述外部激励模拟装置5包括激振器51、激振杆52、滑动导轨53、滑块54、连接销轴56组成。所述激振器51固定在底台7上，激振器51作于支撑底座3一侧，激振器51顶部固定激振杆52，激振杆52通过连接销轴56与支撑底座33连接。滑动导轨53固定安装在底台7上，滑块54位于支撑底座3下部，并与底座3连接。滑动导轨53和滑块54组成了允许支撑底座3水平移动的滑动机构。激振器51产生一定频率的位移激励，支撑底座3随着滑动机构产生一定频率激励，从而实现弹支转子系统2的外部激励模拟。
如图9所示，所述测试系统6包括力传感器22、振动位移传感器61、应变62以及传感器安装支架63，加速度传感器64等组成。力传感器22用于测试支点轴向、径向支点载荷，振动位移传感器61为电涡流传感器，用于测试转轴的振动位移，应变62用于测量鼠笼应变。加速度传感器64用于测试轴承座的振动加速度，振动位移传感器61分别安装于转子水平、垂直方向，并通过传感器安装支架63与腹板21连接。
本发明是通过实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，其特征在于：包括旋转驱动系统(1)、弹支转子系统(2)和支点激励模拟装置(4)，弹支转子系统(2)的两端设有腹板(21)，两端腹板(21)内侧分别安装两个鼠笼(23)，一侧腹板(21)与鼠笼(23)之间安装力传感器(22)，两侧的鼠笼(23)内端与轴承座(24)连接，轴承(25)安装于轴承座(24)内部，转轴(26)一端连接一侧的轴承(25)转轴(26)另一端连接另一侧的轴承(25)并且贯穿同侧的腹板(21)与旋转驱动系统(1)连接；对应于力传感器(22)一侧的鼠笼(23)上部安装支点激励模拟装置(4)，支点激励模拟装置(4)的径向激振器(41)位于鼠笼(23)上方，径向激振器(41)下部连接径向激振杆(42)，径向激振杆(42)下端连接轴承座(24)。
2.根据权利要求1所述的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，其特征在于：所述弹支转子系统(2)安装于支撑底座(3)上，支撑底座(3)为梯形凹形结构，弹支转子系统(2)两侧腹板(21)固定于内部凹形结构(32)两端。
3.根据权利要求2所述的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，其特征在于：所述支撑座(3)上位于力传感器(22)一侧的鼠笼(23)外侧对称安装支撑立板(44)，两个支撑立板(44)上端之间安装激振器连接板(43)，径向激振器(41)安装于激振器连接板(43)上。
4.根据权利要求2所述的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，其特征在于：所述支撑底座(3)下侧设有底台(7)，底台(7)上设有横向的滑动导轨(53)，支撑底座(3)底部安装滑块(54)，支撑底座(3)与底台(7)之间通过滑块(54)和滑动导轨(53)滑动连接；底台(7)上位于支撑底座(3)一侧安装外部激励模拟装置(5)，外部激励模拟装置(5)的横向激振器(51)连接横向激振杆(52)，横向激振杆(52)前端连接支撑底座(3)。
5.根据权利要求1所述的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，其特征在于：所述转轴(26)上安装转盘(27)，两侧的腹板(21)之间安装机匣(28)，机匣(28)位于鼠笼(23)和转盘(27)外侧，机匣(28)上与转盘(27)同一径向平面间隙安装碰摩杆(29)。
6.根据权利要求1所述的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，其特征在于：所述力传感器(22)一侧的鼠笼(23)上安装应变(62)，所述腹板(1)内侧安装传感器安装支架(63)，传感器安装支架(63)上位于转轴(26)的水平和垂直方向分别安装振动位移传感器(61)；轴承座(24)上安装加速度传感器(64)。
7.根据权利要求1所述的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，其特征在于：所述力传感器(22)为三向力传感器。
8.根据权利要求5所述的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，其特征在于：所述转盘(27)端面设有用于设置转子不平衡的螺纹孔。
9.根据权利要求4所述的具有内外激励模拟的航空发动机弹支转子模拟试验装置，其特征在于：所述径向激振杆(42)下端通过径向连接销轴(45)连接轴承座(24)的径向激振杆连接孔(210)；所述横向激振杆(52)通过横向连接销轴(56)连接支撑底座(3)。
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|---|---|---|---|---|
| CN118090118A (zh) * | 2024-04-28 | 2024-05-28 | 太仓点石航空动力有限公司 | 一种航空发动机支撑结构件的冲击载荷测试装置及方法 |
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