CN116907856A - 带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置及方法，提出带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量方法及流程，设计一种带负载条件下的阻滞力测量装置，更真实的掌握航空发动机运动机构阻滞力情况，作为运动机构刚柔耦合动力学分析的设计输入，更精确的获取运动机构调节精度情况并指导结构改进设计，提高航空发动机安全性和可靠性。

Description

带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置及方法

技术领域

本申请属于航空发动机技术领域，特别涉及一种带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置及方法。

背景技术

运动机构作为现代航空发动机的重要组成结构，其主要作用一是根据不同工作状态的需求，通过改变气流通道的形状、尺寸等改变发动机热力循环特性，使发动机在各种工作状态下都具有良好的性能和工作稳定性；二是通过运动机构改变排气方向，提高飞行器空中的机动飞行能力、缩短起降滑跑距离，甚至使飞行器具备短距/垂直起降能力。运动机构对提高发动机性能、经济性及飞行器机动飞行能力等方面起到重要作用，在现代发动机设计中广泛使用，主要包括：导叶调节机构、喷管调节机构见图2及进排气执行机构类调节机构等。

航空发动机受到设计空间、结构重量的限制，运动机构通常设计的较为轻薄，其在每秒上百公斤的大流量高压气动载荷和高温环境载荷综合下极易发生构件变形，带来运动机构调节精度下降的问题，会导致流场发生变化，气流激振力异常使转子叶片发生高周疲劳断裂。为此，需要掌握运动机构的调节精度，发动机工作状态情况复杂，无法在整机工作状态下进行调节精度测试，现行的做法是开展零件的刚度试验，根据试验结果计算该零件变形引起的调节误差，累加每个零件引起的调节误差获得运动机构的调节精度情况。

其缺点主要为：航空发动机运动机构阻滞力由气动载荷和摩擦力两部分组成，工作中气动载荷会增加运动副上的正压力使摩擦力增大，现有技术方案在空载条件下进行阻滞力测量，仅能反映装配过盈等因素产生的装配阻滞力，采用该测量结果作为运动机构和做动筒的设计输入，可能发生运动机构受载变形过大或做动筒驱动力设计范围偏小等问题，工作中运动机构的运动轨迹偏离理想状态，引发流场异常，导致叶片发生高周疲劳断裂，影响航空发动机使用安全性和可靠性。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供了一种带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置，用于对运动机构试验件进行试验，运动机构试验件，运动机构试验件具有多个周向分布的作动筒以及由作动筒驱动的连杆机构，连杆机构具有需要克服载荷的执行机构；所述测量装置包括：

底板；

支撑筒，安装在底板上，用于固定支撑运动机构试验件；

下支撑板，固定在底板上，下支撑板上固定有多个周向分布的做动筒座；

加载做动筒组件，加载做动筒组件的固定端铰接在做动筒座上，作动端铰接在运动机构试验件的执行机构上，用于对所述执行机构施加试验载荷；

加载模拟装置，包括：支架、模拟缸杆、做动筒、测力计转接头、测力计；

其中，支架包括上端面下端面以及连接在上端面与下端面之间的侧壁，下端面固定在运动机构试验件的安装边上，下端面具有通孔，模拟缸杆的一端穿过所述通孔与连杆机构连接，另一端与测力计连接，做动筒安装在上端面的外侧，做动筒的作动轴穿过上端面并通过测力计转接头与测力计连接。

优选的是，加载做动筒组件的作动端具有双耳，所述双耳通过销钉以及拉杆球与单耳铰接，所述单耳固定在所述执行机构上。

优选的是，加载做动筒组件上具有加载测力计，通过加载测力计使加载做动筒组件形成闭环控制。

优选的是，运动机构试验件包括导叶调节机构，喷口调节机构以及活门类调节机构。

优选的是，一种带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量方法，采用所述的带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置进行试验，包括：

采用ANSYS建立运动机构试验件的有限元模型进行载荷等效分析，获得单一工况下的等效集中力载荷；在全运动范围内选取多个工况对应的不同角度或位移进行载荷等效分析，将不同工况下的等效集中力载荷进行拟合形成时变载荷谱；

通过控制加载做动筒组件按照所述时变载荷谱对执行机构施加载荷，同时做动筒模拟真实发动机工作模式，取测力计的测量值为时变阻滞力。

本申请的优点包括：提出带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量方法及流程，设计一种带负载条件下的阻滞力测量装置，更真实的掌握航空发动机运动机构阻滞力情况，作为运动机构刚柔耦合动力学分析的设计输入，更精确的获取运动机构调节精度情况并指导结构改进设计，提高航空发动机安全性和可靠性。

附图说明

图1是本申请一优选实施方式航空发动机运动机构调节精度测量装置示意图；

图2是本申请的运动机构试验件为喷口调节机构的示意图。

图3是本申请一优选实施方式带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量整套流程图。

具体实施方式

为使本申请的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本申请的部分实施例，其仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。

此外，除非另有定义，本申请描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本申请描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本申请的限制。本申请描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本申请描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本申请描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

本发明的技术方案如图3所示，一种带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量方法及装置，包括以下步骤：气动载荷模拟方案确定(a)，时变载荷谱确定(b)，阻滞力测试方案确定(c)，阻滞力测量装置设计(d)，试验及结果分析(e)。

上述步骤具体说明如下：

a)步骤a，分析运动机构结构特点、受载类型及作用形式，确定气动载荷模拟方案，包括载荷加载方式、加载位置等，通常采用做动筒模拟加载集中力，该方法容易实现且加载精度高。

b)步骤b，航空发动机运动机构末端零件主要承受气动压力，而做动筒模拟加载仅能施加集中力，需采用ANSYS建立有限元模型进行载荷等效分析，获得单一工况下的等效集中力载荷；全运动范围内选取多个工况(不同角度或位移)进行载荷等效分析，将不同工况下的等效集中力载荷进行拟合形成时变载荷谱。

c)步骤c，确定阻滞力测量方案，可采用做动筒有杆腔和无杆腔的压力差反算阻滞力，也可通过测力计直接测量阻滞力，采用测力计直接测量阻滞力的方式精度相比更高一些。

d)步骤d，为实现带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量，发明了一种运动机构阻滞力测量装置，其特征在于：所述的阻滞力测量装置主要包括单耳1、双耳2、拉杆球3、销钉4、上支撑板5、下支撑板6、底板7、做动筒座8、模拟缸杆9、支架10、做动筒11、螺栓12、测力计转接头13、测力计14、支撑筒15、加载做动筒组件16、加载测力计17、运动机构试验件18，见图1。

具体为：一种带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置，用于对运动机构试验件18进行试验，运动机构试验件18，运动机构试验件18具有多个周向分布的作动筒以及由作动筒驱动的连杆机构，连杆机构具有需要克服载荷的执行机构；所述测量装置包括：底板7；支撑筒15，安装在底板7上，用于固定支撑运动机构试验件18；下支撑板6，固定在底板7上，下支撑板6上固定有多个周向分布的做动筒座8；加载做动筒组件16，加载做动筒组件16的固定端铰接在做动筒座8上，作动端铰接在运动机构试验件18的执行机构上，用于对所述执行机构施加试验载荷；加载模拟装置，包括：支架10、模拟缸杆9、做动筒11、测力计转接头13、测力计14；其中，支架10包括上端面下端面以及连接在上端面与下端面之间的侧壁，下端面固定在运动机构试验件18的安装边上，下端面具有通孔，模拟缸杆9的一端穿过所述通孔与连杆机构连接，另一端与测力计14连接，做动筒11安装在上端面的外侧，做动筒11的作动轴穿过上端面并通过测力计转接头13与测力计14连接。加载做动筒组件16的作动端具有双耳2，所述双耳2通过销钉4以及拉杆球3与单耳1铰接，所述单耳1固定在所述执行机构上。加载做动筒组件16上具有加载测力计17，通过加载测力计17使加载做动筒组件16形成闭环控制。运动机构试验件18包括导叶调节机构，喷口调节机构以及活门类调节机构。

e)步骤e，正式开始试验后，通过加载测力计17控制加载做动筒组件16施加时变载荷谱，做动筒11响应时间与发动机一致情况下，测力计14的测量值为时变阻滞力。

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 (5)

1.一种带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置，用于对运动机构试验件(18)进行试验，运动机构试验件(18)，运动机构试验件(18)具有多个周向分布的作动筒以及由作动筒驱动的连杆机构，连杆机构具有需要克服载荷的执行机构；

其特征在于，所述测量装置包括：

底板(7)；

支撑筒(15)，安装在底板(7)上，用于固定支撑运动机构试验件(18)；

下支撑板(6)，固定在底板(7)上，下支撑板(6)上固定有多个周向分布的做动筒座(8)；

加载做动筒组件(16)，加载做动筒组件(16)的固定端铰接在做动筒座(8)上，作动端铰接在运动机构试验件(18)的执行机构上，用于对所述执行机构施加试验载荷；

加载模拟装置，包括：支架(10)、模拟缸杆(9)、做动筒(11)、测力计转接头(13)、测力计(14)；

其中，支架(10)包括上端面下端面以及连接在上端面与下端面之间的侧壁，下端面固定在运动机构试验件(18)的安装边上，下端面具有通孔，模拟缸杆(9)的一端穿过所述通孔与连杆机构连接，另一端与测力计(14)连接，做动筒(11)安装在上端面的外侧，做动筒(11)的作动轴穿过上端面并通过测力计转接头(13)与测力计(14)连接。

2.如权利要求1所述的带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置，其特征在于，加载做动筒组件(16)的作动端具有双耳(2)，所述双耳(2)通过销钉(4)以及拉杆球(3)与单耳(1)铰接，所述单耳(1)固定在所述执行机构上。

3.如权利要求1所述的带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置，其特征在于，加载做动筒组件(16)上具有加载测力计(17)，通过加载测力计(17)使加载做动筒组件(16)形成闭环控制。

4.如权利要求1所述的带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置，其特征在于，运动机构试验件(18)包括导叶调节机构，喷口调节机构以及活门类调节机构。

5.一种带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任意一项所述的带负载条件下航空发动机运动机构阻滞力测量装置进行试验，包括：

采用ANSYS建立运动机构试验件(18)的有限元模型进行载荷等效分析，获得单一工况下的等效集中力载荷；在全运动范围内选取多个工况对应的不同角度或位移进行载荷等效分析，将不同工况下的等效集中力载荷进行拟合形成时变载荷谱；

通过控制加载做动筒组件(16)按照所述时变载荷谱对执行机构施加载荷，同时做动筒(11)模拟真实发动机工作模式，取测力计(14)的测量值为时变阻滞力。