[发明专利]一种高阶旋转叶片动力学相似测试实验台及测试方法

说明书

技术领域

本发明属于叶片振动测试实验技术领域，特别是涉及一种基于动力学相似理论的高阶旋转叶片动力学相似测试实验台及测试方法。

背景技术

航空发动机作为飞机的心脏，其性能的好坏直接影响飞机的整体性能，作为航空发动机关键部件之一的叶片，在其实际应用过程中，叶片振动及叶片振动疲劳损伤故障，一直都是航空发动机所面临的严重问题，而超过60%的叶片故障是由振动引起的。

现阶段，叶片振动测试实验装置大多为静态叶片振动测试或低阶旋转叶片的振动测试，测试频率低，叶片尺寸空间受限，测试内容单一，而针对高阶旋转叶片的高频振动特性测试、模拟叶片在气动力作用下的动力学特性测试及具备静态测试和动态高阶测试功能的实验台并不完善。

随着对航空发动机性能越来越高的要求，大型航空发动机的研发也逐渐成为热点，对于尺寸较大的叶片，不仅其物理尺寸大，固有频率高，且常具有扭型、凸肩等不规则的形状，在设计研究过程中对其直接进行实验，成本高且实验周期大大延长。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种高阶旋转叶片动力学相似测试实验台及测试方法，本发明不但能够满足叶片的静态振动测试，还可满足叶片的动态振动测试，同时满足高阶旋转叶片的动态振动测试，在结合动力学相似理论后，对动力学相似模型叶片进行测试，来预测原型叶片的振动特性和故障特性，降低了实验成本，缩短了实验周期。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高阶旋转叶片动力学相似测试实验台，包括底座、转子驱动部分、气动激振部分及数据采集部分，所述转子驱动部分包括电机、主轴及叶盘，所述电机的动力输出端与主轴的一端相固接，在主轴上固定套装有叶盘，主轴通过轴承座设置在底座上，电机通过电机支架固装在底座上；

所述气动激振部分包括气缸、导气总管及支导气管，所述导气总管的一端与气缸相连通，另一端密封设置，在导气总管管壁上密封连通有若干支导气管的一端，支导气管的另一端为出气口，其通过导气管支架固装在底座上，且与叶盘相对应；

所述数据采集部分包括第一电涡流传感器、第二电涡流传感器、固定架、第一伸缩杆、第二伸缩杆、第一换向块、第二换向块及第二电涡流传感器支座，所述若干第一电涡流传感器通过传感器支架固装在底座上；在所述固定架上设置有第一圆孔，第一伸缩杆通过第一圆孔安装于固定架上，且第一伸缩杆能够在第一圆孔内前后移动和转动，在第一伸缩杆的一端固定安装有第一换向块，在第一换向块上设置有第二圆孔，第二伸缩杆通过第二圆孔安装于第一换向块上，且第二伸缩杆能够在第二圆孔内前后移动和转动，第一伸缩杆与第二伸缩杆交叉设置，在第二伸缩杆的一端固定安装有第二换向块，在第二换向块上固定连接有第二电涡流传感器支座，在第二电涡流传感器支座上设置有第二电涡流传感器。

所述电机的动力输出端与主轴之间通过联轴器固定连接。

所述叶盘通过涨紧套固定在主轴上。

在所述支导气管的出气口处安装有高压射流喷嘴。

在所述底座上端面设置有若干T型槽，电机支架、导气管支架、固定架及传感器支架均通过T型槽固装在底座上。

采用所述的高阶旋转叶片动力学相似测试实验台的测试方法，包括以下步骤：

步骤一：选定研究用的原型叶片，同时记录下原型叶片的相关参数；

步骤二：根据动力学相似原理，通过原型叶片的相关参数，确定实验用的模型叶片相关参数；

步骤三：依照步骤二中确定的模型叶片的相关参数，制造加工出实验用的模型叶片，且模型叶片的数量与原型叶片的数量相同；

步骤四：对已加工好的模型叶片进行测试，包括模型叶片的静态振动测试和模型叶片的动态振动测试：

1）、模型叶片的静态振动测试

在进行静态振动测试前，首先将气动激振部分和安装有第一电涡流传感器的传感器支架移开，将加工好的模型叶片依照原型叶片的位置要求依次安装到叶盘上，保证模型叶片的牢固，通过螺栓将固定架的上端与叶盘固定连接，连接位置位于叶盘下端两模型叶片之间，将固定架的下端与底座固定连接，此时模型叶片静态振动测试前的准备工作完毕；

开始进行模型叶片的静态振动测试，利用激振力锤依次敲击每个模型叶片，激振力锤会将敲击模型叶片产生的数据，通过数据线传输给计算机，通过计算机对采集的数据进行处理，最终得到每个模型叶片的静态固有频率ω_m；

2）、模型叶片的动态振动测试