CN214373324U - 航空发动机附件传动系统试验平台 - Google Patents

Abstract

提供一种航空发动机附件传动系统试验平台。附件传动系统包括中央传动齿轮箱、径向传动杆、转接齿轮箱、水平传动杆和附件齿轮箱。试验平台包括：第一驱动电机，与中央传动齿轮箱的中央传动锥齿轮输入轴传动联接；第一加载电机，与附件齿轮箱的上端输出轴联接；第二加载电机，与附件齿轮箱的下端输出轴联接；第二驱动电机，与附件齿轮箱联接。本实用新型的试验平台能进行更为准确、全面的试验。

Description

航空发动机附件传动系统试验平台

技术领域

本实用新型主要涉及航空发动机试验领域，尤其涉及一种航空发动机附件传动系统试验平台。

背景技术

航空发动机的附件传动系统(Accessory unit)起动时传递从起动机输出的扭矩到高压转子，驱动高压转子旋转，发动机正常运行时从高压转子提取功率，驱动液压泵、发电机等运行。附件传动系统主要包括中央传动齿轮箱(Internal Gear Box,IGB)、径向传动杆(Radial drive shaft,RDS)、转接齿轮箱(Transfer Gear Box,TGB,)、水平传动杆(Horizontal drive shaft,HDS)以及附件齿轮箱(Accessory Gear Box,AGB)。航空发动机对部件重量和空间结构尺寸的严格限制，各传动单元体强度裕度小，工作转速范围内容易出现行波振动，且长期运行在高速、重载工况下。所以需要开展大量的动力学试验，以确保齿轮传动精度和安全性满足设计要求。

与正常工作阶段的功率提取相比，航空发动机起动阶段的功率传递方向相反，通过空气涡轮起动机做功把扭矩通过附件齿轮箱和转接齿轮箱，传递到径向传动杆和中央传动齿轮箱带动高压转子旋转。起动阶段的附件传动系统的转速远低于功率提取，但传递的最大扭矩是后者的5倍或以上。两个阶段齿轮啮合面不同，且齿根受力方向刚好相反，同时起动阶段滑油组件运行在低转速，润滑不充分。还有，因民用航空发动机大涵道比设计方案和流道气动设计的要求，导致安装于中介机匣支板内的径向传动杆又细又长，在起动阶段可能要过一阶临界转速。

综上，起动阶段附件传动系统传递的扭矩大、润滑条件差、传动系统部件过临界转速等恶劣工况，单独开展附件传动系统的起动试验非常有必要。另外，在发动机一个起降循环过程中(从起动到正常运行)传动系统的部件承受一次‘换向’的应力，附件传动开展模拟真实受力工况、联合起动和正常运行试验考核传动系统耐久和可靠性的试验也尤为重要。

目前航空发动机已建的传动系统试验台一般用于正常运行阶段的性能试验，开展扫频试验、温度扫描试验、高温试验、过载试验等；考核起动阶段齿轮啮合印痕、润滑、低速大扭矩的试验较少。一些试验台选用空气涡轮起动机作为驱动单元，模拟附件传动系统起动试验，但是空气涡轮起动机的设计寿命和传动系统设计寿命的巨大差异，而且空气涡轮起动机起动过程中发热导致试验效率低，试验成本相当高昂。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供航空发动机附件传动系统试验平台，可以进行更为准确、全面的试验。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种航空发动机附件传动系统试验平台，所述附件传动系统包括中央传动齿轮箱、径向传动杆、转接齿轮箱、水平传动杆和附件齿轮箱，所述中央传动齿轮箱通过所述径向传动杆与所述转接齿轮箱联接，所述转接齿轮箱通过所述水平传动杆与所述附件齿轮箱联接。所述试验平台包括：第一驱动电机，与所述中央传动齿轮箱的中央传动锥齿轮输入轴传动联接，并在起动阶段根据目标转速实施跟随控制，和/或在运行阶段按照给定的转速谱运行；第一加载电机，与所述附件齿轮箱的上端输出轴联接，并在起动阶段根据起动试验载荷谱向所述上端输出轴输出加载扭矩，和/或在运行阶段根据性能试验载荷谱向所述上端输出轴输出加载扭矩；第二加载电机，与所述附件齿轮箱的下端输出轴联接，并在起动阶段根据起动试验载荷谱向所述下端输出轴输出加载扭矩，和/或在运行阶段根据性能试验载荷谱向所述下端输出轴输出加载扭矩；第二驱动电机，通过联接轴与所述附件齿轮箱联接，并在起动阶段根据空气涡轮起动机输出扭矩驱动所述附件齿轮箱，和/或在运行阶段按照给定的载荷谱加载。

在本实用新型的一实施例中，试验平台还包括增速箱，设于所述第一驱动电机的输出轴上，且与所述中央传动齿轮箱的中央传动锥齿轮输入轴联接。

在本实用新型的一实施例中，试验平台还包括整流器、直流母线及第一至第四逆变器，所述整流器通过所述直流母线连接所述第一至第四逆变器，所述第一逆变器电连接所述第一驱动电机，所述第二逆变器电连接所述第二驱动电机，所述第三逆变器电连接所述第一加载电机，所述第四逆变器电连接所述第二加载电机。

在本实用新型的一实施例中，试验平台还包括转速传感器，设于所述中央传动锥齿轮输入轴上。

在本实用新型的一实施例中，试验平台还包括设于所述上端输出轴的第一扭矩传感器和设于所述下端输出轴的第二扭矩传感器。

在本实用新型的一实施例中，试验平台还包括设于所述联接轴的第三扭矩传感器。

在本实用新型的一实施例中，试验平台还包括电机控制器，电连接所述第一驱动电机、第二驱动电机、第一加载电机和第二加载电机，以控制所述第一驱动电机、第二驱动电机、第一加载电机和第二加载电机的运行。

在本实用新型的一实施例中，试验平台还包括转速传感器，设于所述中央传动锥齿轮输入轴上且电连接所述电机控制器。

在本实用新型的一实施例中，试验平台还包括设于所述上端输出轴的第一扭矩传感器和设于所述下端输出轴的第二扭矩传感器，所述第一扭矩传感器和第二扭矩传感器电连接所述电机控制器。

在本实用新型的一实施例中，试验平台还包括设于所述联接轴的第三扭矩传感器，所述第三扭矩传感器电连接所述电机控制器。

与现有技术相比，本实用新型的第二驱动电机替代传统的空气涡轮起动机，避免其试验效率低、试验费用高的弊端。而且第二驱动电机与第一驱动电机结合，能全面进行起动试验和性能试验。

附图说明

包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：

图1是本实用新型一实施例的航空发动机附件传动系统试验平台的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例的航空发动机附件传动系统试验平台的电路框图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。

如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

应当理解，当一个部件被称为“在另一个部件上”、“连接到另一个部件”、“耦合于另一个部件”或“接触另一个部件”时，它可以直接在该另一个部件之上、连接于或耦合于、或接触该另一个部件，或者可以存在插入部件。相比之下，当一个部件被称为“直接在另一个部件上”、“直接连接于”、“直接耦合于”或“直接接触”另一个部件时，不存在插入部件。同样的，当第一个部件被称为“电接触”或“电耦合于”第二个部件，在该第一部件和该第二部件之间存在允许电流流动的电路径。该电路径可以包括电容器、耦合的电感器和/或允许电流流动的其它部件，甚至在导电部件之间没有直接接触。

图1是本实用新型一实施例的航空发动机附件传动系统试验平台的结构示意图。参考图1所示，附件传动系统包括中央传动齿轮箱4、径向传动杆5、转接齿轮箱6、水平传动杆7和附件齿轮箱8。中央传动齿轮箱4通过径向传动杆5与转接齿轮箱6联接。转接齿轮箱6通过水平传动杆7与附件齿轮箱8联接。中央传动齿轮箱4具有中央传动锥齿轮输入轴21。附件齿轮箱8具有联接轴22、上端输出轴23和下端输出轴24。在试验以外的工作阶段，联接轴22与空气涡轮起动机联接。

试验平台主要包括第一驱动电机1、第二驱动电机9、第一加载电机11和第二加载电机13。第一驱动电机1与中央传动齿轮箱4的中央传动锥齿轮输入轴21传动联接。在一个实施例中，试验平台2包括增速箱2，设于第一驱动电机1的输出轴上，且与中央传动齿轮箱4的中央传动锥齿轮输入轴21联接。第一驱动电机1在起动阶段根据目标转速实施跟随控制，且在运行阶段按照给定的转速谱运行。第一加载电机11与附件齿轮箱8的上端输出轴23联接，并在起动阶段根据起动试验载荷谱向上端输出轴23输出加载扭矩，且在运行阶段根据性能试验载荷谱向上端输出轴23输出加载扭矩，从而保证上端齿轮的啮合同时对附件传动系统加载。第二加载电机13与附件齿轮箱8的下端输出轴24联接，在起动阶段根据起动试验载荷谱向下端输出轴24输出加载扭矩，且在运行阶段根据性能试验载荷谱向下端输出轴24输出加载扭矩，从而保证下端齿轮的啮合同时对附件传动系统加载。第二驱动电机13通过联接轴22与附件齿轮箱8联接，并在起动阶段根据空气涡轮起动机输出扭矩驱动附件齿轮箱8，且在运行阶段按照给定的载荷谱加载。

在一个实施例中，第二驱动电机13是高速大扭矩电机，避免传统的空气涡轮起动机试验效率低、试验费用高的弊端。而且第二驱动电机与第一驱动电机结合，能全面进行起动试验和性能试验。再者第二驱动电机13与第一驱动电机1组成电功率封闭系统，试验运行时功率消耗仅用于补偿系统机械摩擦所消耗的能量，大大减少试验能耗，节省试验费用。

在一个实施例中，试验平台还包括整流器15、直流母线16及第一至第四逆变器17-20。整流器15通过直流母线16连接第一至第四逆变器17-20。第一逆变器17电连接第一驱动电机1，第二逆变器18电连接第二驱动电机9，第三逆变器19电连接第一加载电机11，第四逆变器20电连接第二加载电机13。

在一个实施例中，在试验平台中设置传感器以进行闭环控制。例如转速传感器3设于中央传动锥齿轮输入轴21上，以检测此处的转速。第一扭矩传感器12设于上端输出轴23，第二扭矩传感器14设于下端输出轴24，以检测这些位置的扭矩。第三扭矩传感器设于联接轴22，以检测此处的扭矩。

本实用新型实施例的试验平台典型的起动、性能联合试验过程如下。

步骤1，第一驱动电机1转速为零，从而控制试验平台转速为零。

步骤2，第二驱动电机9根据空气涡轮起动机输出扭矩实施扭矩闭环控制并对附件传动系统驱动，第一加载电机11、第二加载电机13根据给定的载荷谱分别对上端输出轴23和下端输出轴24实施扭矩闭环加载。

步骤3，根据第三扭矩传感器10的加载扭矩和发动机模型(包括发动机气动负载，附件传动系统和高压轴的转动惯量等)得到输入轴21(发动机高压轴)的目标转速。所述第一驱动电机1驱动中央传动锥齿轮输入轴21跟随目标转速运行。

步骤4，第二驱动电机9根据当前转速下的空气涡轮起动机输出扭矩实施扭矩闭环控制，继续驱动附件传动系统。

步骤5，当中央传动锥齿轮输入轴21转速升速到起动机脱开转速时，控制第二驱动电机9输出扭矩为零。

步骤6，第一驱动电机1根据性能试验给定的速度谱运行，第二驱动电机9、第一加载电机11、13根据性能试验给出的性能试验载荷谱加载。试验完成后停机。其中第二驱动电机9模拟附件传动系统的功率提取。

继续步骤从1到6开展试验。若只开展起动试验，试验运行到步骤5后停车；只开展性能试验时按照步骤6开展试验即可。

在步骤3中，确定目标转速的公式为：

n_k为当前既k×ΔT时刻中央传动输入轴21的转速，n_k+1为下一控制周期输入轴21给定的目标转速，T_11,k为当前第三扭矩传感器10的读数，T_t,k为当前转速下、发动机实际高压轴及附件传动系统所有的阻力矩，包括附件齿轮箱各输出轴的加载扭矩、各齿轮副、轴承的阻力矩，T_air,k为当前转速下发动机高压轴的气动负载等，J为附件传动系统和高压轴转子折算到高压轴的转动惯量，ΔT为一个控制周期。

图2是本实用新型一实施例的航空发动机附件传动系统试验平台的电路框图。参考图2所示，试验平台包括电机控制器25，电连接第一驱动电机1、第二驱动电机9、第一加载电机11和第二加载电机13，以控制这些电机的运行。当需要闭环控制时，转速传感器3、第一扭矩传感器12、第二扭矩传感器14和第三扭矩传感器10都连接到电机控制器25，电机控制器25可利用这些数据实现转速和扭矩的闭环控制。

上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述实用新型披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。

同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个实用新型实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。

一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有±20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本申请一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。

虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种航空发动机附件传动系统试验平台，所述附件传动系统包括中央传动齿轮箱、径向传动杆、转接齿轮箱、水平传动杆和附件齿轮箱，所述中央传动齿轮箱通过所述径向传动杆与所述转接齿轮箱联接，所述转接齿轮箱通过所述水平传动杆与所述附件齿轮箱联接，其特征在于所述试验平台包括：

第一驱动电机，与所述中央传动齿轮箱的中央传动锥齿轮输入轴传动联接，并在起动阶段根据目标转速实施跟随控制，和/或在运行阶段按照给定的转速谱运行；

第一加载电机，与所述附件齿轮箱的上端输出轴联接，并在起动阶段根据起动试验载荷谱向所述上端输出轴输出加载扭矩，和/或在运行阶段根据性能试验载荷谱向所述上端输出轴输出加载扭矩；

第二加载电机，与所述附件齿轮箱的下端输出轴联接，并在起动阶段根据起动试验载荷谱向所述下端输出轴输出加载扭矩，和/或在运行阶段根据性能试验载荷谱向所述下端输出轴输出加载扭矩；以及

第二驱动电机，通过联接轴与所述附件齿轮箱联接，并在起动阶段根据空气涡轮起动机输出扭矩驱动所述附件齿轮箱，和/或在运行阶段按照给定的载荷谱加载。

2.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于，还包括增速箱，设于所述第一驱动电机的输出轴上，且与所述中央传动齿轮箱的中央传动锥齿轮输入轴联接。

3.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于，还包括整流器、直流母线及第一至第四逆变器，所述整流器通过所述直流母线连接所述第一至第四逆变器，第一逆变器电连接所述第一驱动电机，第二逆变器电连接所述第二驱动电机，第三逆变器电连接所述第一加载电机，第四逆变器电连接所述第二加载电机。

4.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于，还包括转速传感器，设于所述中央传动锥齿轮输入轴上。

5.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于，还包括设于所述上端输出轴的第一扭矩传感器和设于所述下端输出轴的第二扭矩传感器。

6.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于，还包括设于所述联接轴的第三扭矩传感器。

7.如权利要求1所述的试验平台，其特征在于，还包括电机控制器，电连接所述第一驱动电机、第二驱动电机、第一加载电机和第二加载电机，以控制所述第一驱动电机、第二驱动电机、第一加载电机和第二加载电机的运行。

8.如权利要求7所述的试验平台，其特征在于，还包括转速传感器，设于所述中央传动锥齿轮输入轴上且电连接所述电机控制器。

9.如权利要求7所述的试验平台，其特征在于，还包括设于所述上端输出轴的第一扭矩传感器和设于所述下端输出轴的第二扭矩传感器，所述第一扭矩传感器和第二扭矩传感器电连接所述电机控制器。

10.如权利要求7所述的试验平台，其特征在于，还包括设于所述联接轴的第三扭矩传感器，所述第三扭矩传感器电连接所述电机控制器。

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