[发明专利]一种基于散斑干涉原理的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于散斑干涉原理的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法及装置，所述方法具有如下步骤：获取低压涡轮螺栓预紧力与盘面位移大小、分布的关系，测试装配过程中或装配后的低压涡轮轴盘结构盘面位移，判断螺栓拧紧状态，确定预紧力偏差值。本发明基于散斑干涉原理测量盘面位移，能够同时获取一定范围的盘面位移变化特征，从而结合盘面位移整体变化规律进行预紧状态判断，结合预紧过程中盘面位移差为常数的一系列稳定位置点，解决螺栓预紧前后测量，以及多位置测量过程中产生的散斑图样失配问题，从而支持判断低压涡轮轴盘中多个螺栓预紧状态。

技术领域

本发明属于航空发动机装配技术，具体涉及一种基于散斑干涉原理的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法及装置。

背景技术

航空发动机低压涡轮是将低压涡轮盘的动力传递给风扇的一种结构，它的工作转速高，传递扭矩值大。低压涡轮轴盘的装配工作主要由螺栓拧紧操作组成，拧紧力大小、拧紧顺序、拧紧次数等紧固工艺参数会对螺栓的预紧力大小产生影响，继而对于轴‐盘连接界面接触应力、盘面变形及低压涡轮轴同轴度、低压涡轮轴盘动刚度及动力学稳定性等产生显著影响，不合理的紧固工艺将降低航空发动机低压涡轮轴运行可靠性。

目前装配现场是通过监测拧紧螺栓时的扭矩值来控制螺栓的预紧力的大小，难以准确保证各螺栓轴向力的一致性。螺栓预紧过程中，输入能量只有大约10％转化为螺栓的预紧力，其它约90％转化为螺栓‐被连接件接触端面及螺纹牙面摩擦损耗，端面及牙面摩擦系数的微小波动将导致螺栓轴向力的不一致性；预紧过程中施加扭矩常使螺栓达到弹性‐塑性临界状态，扭矩与预紧力不再符合线性关系，更对预紧力精确控制提出了难题；即使采用扭矩‐转角符合控制策略，不同螺栓间端面摩擦系数、牙面摩擦系数的差异性也将导致螺栓轴向力出现随机性；航空发动机低压涡轮轴盘连接螺栓数目达数十个，目前主要采用人工拧紧方式，某些螺栓也容易发生拧紧力不足的问题。

测试预紧过程中螺栓伸长量是精确控制预紧力的方法之一，但航空发动机低压涡轮轴盘用螺栓属于短螺栓，考虑到测试仪器的误差，采用超声测长仪等设备也难以准确测定该类螺栓预紧力。

航空发动机低压涡轮轴盘连接预紧力测试方法未见相关文献。现有螺栓预紧状态测试技术有以下几种方法：

1)CN 105241598公开了《一种发动机转子预紧力测量方法及系统》，在发动机转子的中心拉杆上选取与其它零件不会干涉的横截面作为测量截面，在测量界面的圆周外沿上设置光纤光栅应变传感器，发射光信号给光纤光栅应变传感器并接收光纤光栅应变传感器反射的光束，根据接收的光纤光栅应变传感器反射的光束的中心波长偏移得到光纤光栅应变传感器的应变值，进而得到中心拉杆的轴向预紧力。但该发动机转子连接结构为中心拉杆，与低压涡轮轴盘螺栓连接方式有所不同，针对低压涡轮轴盘连接结构数十个螺栓布置光纤光栅传感器困难，且难以保证低压涡轮轴各个螺栓与被连接件不发生干涉。