CN117848635A - 一种贴近使用环境的机载设备使用寿命振动加速考核方法 - Google Patents
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Abstract
本发明专利属于航空发动机领域，涉及一种贴近使用环境的机载设备使用寿命振动加速考核方法。该方法包括：获取机载设备安装部位的振动实测数据，统计归纳得到振动环境谱，并在振动台上复现，作为后续振动功能试验和使用寿命加速考核的振动环境谱；对机载设备进行仿真分析得到振动应力分布，通过振动应力分布确定其危险点作为安全监测点，该安全监测点加装应变计；根据机载设备实际安装形式设计加工振动试验夹具，开展功能性试验，获取机载设备的安全监测点振动应力数据；通过安全监测点振动应力数据确定使用寿命加速考核试验需要提高到的振动量级，并根据已知的使用寿命加速考核理论模型换算得到加速考核试验时间。
Description
技术领域
本发明专利属于航空发动机领域，涉及一种贴近使用环境的机载设备使用寿命振动加速考核方法。
背景技术
航空发动机测量耙是由多个用于测量气流温度/压力的受感部组成，用于测量航空发动机流场介质压力/温度的装置。
在测量耙装机使用过程前必须经过相应的试验考核，振动耐久性试验用于验证产品的装机使用寿命，一般耐久性试验采用提高振动量级加速考核的方式进行。
GJB150.16A中图C.16给出了涡轮发动机振动环境，并明确说明“尽可能采用实测数据，没有实测数据时，可用图C.16的振动环境谱及振动量级。”并且也没有说明振动量级与使用寿命的准确关系。
为了更为准确的开展航空发动机测量耙使用寿命振动加速考核试验，需建立一套贴近使用环境的航空发动机测量耙使用寿命振动加速考核方法及流程。在测量耙研制过程中，通过测量耙安装部位的振动数据或者历史振动数据统计归纳得到振动环境谱，根据振动环境、使用寿命要求及危险点振动应力大小合理换算得到振动加速考核量级及时间，开展使用寿命加速考核试验。
发明内容
本发明的目的是提供贴近使用环境的航空发动机测量耙使用寿命振动加速考核试验方法及流程，在后续开展机载产品使用寿命加速考核试验过程中，根据使用寿命合理换算得到对应的振动量级及振动考核时间，达到缩短考核试验时间的目的，具有较高的应用价值。
通过测量耙安装部位的振动实测数据归纳得到振动环境谱，并在振动台上复现，作为后续振动功能试验和使用寿命加速考核的输入谱图。对测量耙进行仿真分析得到振动应力分布并确定其危险点作为安全监测点完成应变计改装。根据测量耙安装形式设计加工振动试验夹具，开展功能性试验，获取测量耙危险点振动应力数据。提高振动环境谱的振动量级，通过应力实时监测数据确定使用寿命加速考核试验量级，并根据使用寿命加速考核理论模型换算得到加速考核试验时间。
一种贴近使用环境的机载设备使用寿命振动加速考核方法，包括：
获取机载设备安装部位的振动实测数据，统计归纳得到振动环境谱，并在振动台上复现，作为后续振动功能试验和使用寿命加速考核的振动环境谱；
基于机载设备自身的模型、材料属性、参数对机载设备进行仿真分析得到振动应力分布，通过振动应力分布确定其危险点作为安全监测点，该安全监测点加装应变计；
根据机载设备实际安装形式设计加工振动试验夹具，开展功能性试验，获取机载设备的安全监测点振动应力数据；
通过安全监测点振动应力数据确定使用寿命加速考核试验需要提高到的振动量级，并根据已知的使用寿命加速考核理论模型换算得到加速考核试验时间。
根据已知的使用寿命加速考核理论模型换算得到加速考核试验时间，包括：
根据随机振动环境下的使用寿命加速考核理论换算得到使用寿命振动加速考核时间，完成使用寿命振动加速考核试验；
使用寿命加速考核理论为：
其中，T1为设计使用寿命，T2为使用寿命振动加速考核时间，σs2为加速考核试验振动量级，σs1为功能性试验对应的振动量级；b为振动加速因子，通过试验获取不同材料对应的振动加速因子，或者对于随机振动环境。
材料选取1/6～1/6.5。
振动实测数据通过机载设备安装部位的试飞数据获取，也可使用同类型机载设备的相同或相近部位历史试飞数据。
机载设备振动试验夹具安装形式与实际机载设备装机形式保持一致，夹具固有频率应避开机载设备固有频率。
振动量级的最终确定应使得机载设备危险点的振动应力水平落入对应材料的S-N曲线双对数坐标系下的线性区间内。
在振动台上复现，包括：
将归纳得到的规范谱作为振动台随机振动环境模拟的输入，在振动台上模拟复现得到机载设备安装部位的实际振动环境，并通过振动数据的时/频域特征进行验证确认。
本发明的优点是：
(1)提供一种贴近使用环境的航空发动机测量耙使用寿命振动加速考核试验方法，通过统计归纳实测振动数据得到测量耙使用寿命振动加速考核输入谱图，根据使用寿命合理换算得到对应的振动量级及振动考核时间，达到缩短考核试验时间的目的，具有较高的应用价值。
(2)首次建立了贴近使用环境的发动机机载产品使用寿命振动加速考核试验方法及流程，丰富了相关GJB中关于采用实测数据开展振动试验的表述。
(3)采用该发明，可推广应用至其他机载产品的使用寿命振动加速考核试验中，具有较高的应用价值。
附图说明
图1为贴近使用环境的航空发动机测量耙使用寿命振动加速考核方法的流程图；
图2为用于振动考核试验测量耙安装部位振动环境谱的示意图；
图3为测量耙应变计改装位置的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种贴近使用环境的机载设备使用寿命振动加速考核方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：振动环境实测谱及规范谱获取
通过机载设备安装部位的振动实测数据，进行振动数据统计归纳，得到振动环境实测谱及规范谱，具体统计归纳方法可参考GJB-Z126振动、冲击环境测量数据归纳方法进行统计归纳。
步骤2：振动环境复现
将归纳得到的规范谱作为振动台随机振动环境模拟的输入，输入时应适度将规范谱振动总量进行放大，最高不超高1.5倍。在振动台上模拟复现得到机载设备安装部位的实际振动环境，并通过振动数据的时/频域特征进行验证确认；
步骤3：机载设备动力学仿真分析
建立机载设备的有限元模型，对机载设备开展随机振动环境下的动力学仿真分析，振动环境输入可采用GJB150.16A附录C中给出了振动环境，也可采用步骤1归纳得到的规范谱。
步骤4：机载设备应变计改装；
在拟开展使用寿命考核的机载设备试验件上开展应变计改装，改装位置依据步骤3仿真分析得到的振动应力分布云图，选择振动应力较大的危险点进行改装，应变片采用直片，桥路类型为1/4桥。
步骤5：机载设备振动试验夹具设计加工
根据机载设备的结构及机上安装方式，设计机载设备振动试验夹具。开展必要的动力学仿真计算对夹具结构形式进行优化，保证振动试验夹具满足强度及刚度要求。
步骤6：机载设备功能性试验
将完成测试改装的机载设备试验件安装于试验夹具上，在振动台上开展机载设备功能性试验，试验谱图为步骤1归纳得到的振动环境规范谱，试验过程中对机载设备危险点的振动应力数据进行实时监测。
步骤7：确定使用寿命振动加速考核试验量级
逐步提高振动环境规范谱的振动量级，通过实时监测机载设备危险点的振动应力数据，确定使用寿命振动加速考核试验量级，一般振动量级的提高不超过实际振动环境谱的2.2倍。
还包括步骤8：确定使用寿命振动加速考核试验时间
在完成步骤7确定完试验量级后，根据随机振动环境下的疲劳失效模型换算得到使用寿命振动加速考核时间。按照确定的考核试验量级及考核时间完成使用寿命振动加速考核试验，试验过程中对机载设备危险点振动应力开展实时监测。
步骤1所述的实测振动数据，可通过机载设备装机部位的发动机试飞数据获取，也可通过同类型发动机相同或相近部位历史试飞数据获取。
步骤5所述的机载设备振动试验夹具设计，其安装形式应与实际机载设备装机安装形式保持一致，夹具的固有频率应避开机载设备固有频率。
步骤7所述的确定使用寿命振动加速考核试验量级，应使得机载设备在该振动量级下危险点振动应力水平落入机载设备材料S-N曲线双对数坐标系下的线性区间内。
实施例
以机载设备是测量耙为例，在某型测量耙的使用寿命振动加速考核过程中，利用本方法，对测量耙开展贴近使用环境的使用寿命振动加速考核试验，具体实施方式如下：
(1)振动环境实测谱及规范谱获取
某测量耙安装于连接飞机进气道和发动机进气机匣的转接段上，用于测量发动机进气流场。该部位靠近发动机进气机匣，选择发动机进气机匣振动数据进行统计归纳，归纳得到测量耙安装部位的振动环境谱及规范谱，作为测量耙振动试验的输入。
(2)测量耙振动环境复现
将归纳得到的振动环境规范谱作为振动台随机振动环境模拟的输入，在振动台上模拟得到测量耙安装部位的振动环境见图2，该振动环境作为后续测量耙使用寿命振动加速考核的振动环境。
(3)测量耙动力学仿真分析
基于测量耙的三维模型，建立测量耙的有限元模型，开展动力学仿真分析，以步骤(1)归纳得到的振动环境谱作为仿真输入，分析得到测量耙的振动应力分布。
(4)测量耙应变计改装
根据步骤(3)的仿真结果，选择在随机振动环境下测量耙振动应力较大的危险点作为考核试验过程的安全监测点(图3)，开展应变计改装，应变片采用直片，桥路类型为1/4桥。
(5)试验夹具设计加工
根据被考核测量耙的结构形式及安装方式，设计测量耙振动试验夹具，模拟测量耙实际装机形式及刚度，且在5～2000Hz范围内没有共振点，夹具其他设计要求参考振动试验夹具设计要求进行。
(6)测量耙功能性试验
开展测量耙的功能性试验，功能性试验谱图为归纳得到的测量耙振动环境规范谱，开展功能性试验过程前构建振动应力实时监测系统，试验过程中对测量耙危险点振动应力数据进行实时监测。
(7)确定使用寿命振动加速考核试验量级
输入谱图采用与功能性试验相同的谱图，提高谱图中窄带频率的振动量级，监测危险点振动应力大小，保证其处于测量耙材料S-N曲线双对数坐标系下的线性区间内，振动量级一般提高不超过2.2倍。
(8)确定使用寿命振动加速考核试验时间
根据随机振动环境下的疲劳失效模型换算得到使用寿命振动加速考核时间，其中T1为设计使用寿命，T2为使用寿命振动加速考核时间，σs2为加速考核试验振动量级，σs1为功能性试验对应的振动量级，b为测量耙材料的振动加速因子。按照步骤(7)确定的振动量级、步骤(8)计算得到的试验时间开展使用寿命振动加速考核试验。
Claims (8)
1.一种贴近使用环境的机载设备使用寿命振动加速考核方法，其特征在于，包括：
获取机载设备安装部位的振动实测数据，统计归纳得到振动环境谱，并在振动台上复现，作为后续振动功能试验和使用寿命加速考核的振动环境谱；
基于机载设备自身的模型、材料属性、参数对机载设备进行仿真分析得到振动应力分布，通过振动应力分布确定其危险点作为安全监测点，该安全监测点加装应变计；
根据机载设备实际安装形式设计加工振动试验夹具，开展功能性试验，获取机载设备的安全监测点振动应力数据；
通过安全监测点振动应力数据确定使用寿命加速考核试验需要提高到的振动量级，并根据已知的使用寿命加速考核理论模型换算得到加速考核试验时间。
2.根据权利要求1所述的考核方法，其特征在于，根据已知的使用寿命加速考核理论模型换算得到加速考核试验时间，包括：
根据随机振动环境下的使用寿命加速考核理论换算得到使用寿命振动加速考核时间，完成使用寿命振动加速考核试验；
使用寿命加速考核理论为：
其中，T1为设计使用寿命，T2为使用寿命振动加速考核时间，σs2为加速考核试验振动量级，σs1为功能性试验对应的振动量级；b为振动加速因子，通过试验获取不同材料对应的振动加速因子，或者对于随机振动环境。
3.根据权利要求2所述的考核方法，其特征在于，材料选取1/6～1/6.5。
4.根据权利要求2所述的考核方法，其特征在于，振动实测数据通过机载设备安装部位的试飞数据获取，也可使用同类型机载设备的相同或相近部位历史试飞数据。
5.根据权利要求2所述的考核方法，其特征在于，机载设备振动试验夹具安装形式与实际机载设备装机形式保持一致，夹具固有频率应避开机载设备固有频率。
6.根据权利要求2所述的考核方法，其特征在于，振动量级的最终确定应使得机载设备危险点的振动应力水平落入对应材料的S-N曲线双对数坐标系下的线性区间内。
7.根据权利要求1所述的考核方法，其特征在于，在振动台上复现，包括：
将归纳得到的规范谱作为振动台随机振动环境模拟的输入，在振动台上模拟复现得到机载设备安装部位的实际振动环境，并通过振动数据的时/频域特征进行验证确认。
8.一种计算机可读的存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
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