[发明专利]一种空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验系统及方法有效
申请号: | 201710769710.4 | 申请日: | 2017-08-31 |
公开(公告)号: | CN107421984B | 公开(公告)日: | 2018-11-16 |
发明(设计)人: | 胡殿印;王荣桥;张斌;马琦航;崔金铎;田腾跃 | 申请(专利权)人: | 北京航空航天大学 |
主分类号: | G01N25/20 | 分类号: | G01N25/20 |
代理公司: | 北京科迪生专利代理有限责任公司 11251 | 代理人: | 安丽 |
地址: | 100191*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 空心 涡轮 叶片 叠加 振动 机械 疲劳 试验 系统 方法 | ||
本发明涉及一种空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验系统及方法,包括高、低周载荷加载子系统、温度载荷加载子系统、冷却子系统及载荷协调控制子系统;高、低周载荷加载子系统对被专用夹具稳定夹持的涡轮叶片独立地施加高、低周载荷;温度载荷加载子系统对涡轮叶片考核截面进行加热;冷却子系统包括水冷部分和气冷部分,水冷部分用于试验过程中冷却,气冷部分用于协助实现试验中的温度循环及叶片内部冷却情况的模拟;载荷协调控制子系统用于控制各个系统协调工作。本发明能够模拟涡轮叶片考核截面服役过程中应力场、温度场、振动情况以及叶片内部冷却情况,进行涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验,为航空发动机安全可靠的工作提供保障。
技术领域
本发明涉及航空发动机涡轮叶片复合疲劳试验系统及方法,特别是涉及一种空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验系统及方法,它能够模拟涡轮叶片考核截面服役过程中的应力场、温度场、振动情况以及叶片内部的冷却情况,在此基础上可以进行空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验,测试涡轮叶片寿命,为航空发动机安全可靠的工作提供保障,属于航空发动机技术领域。
背景技术
航空发动机涡轮叶片服役条件恶劣,不仅承受着交变的机械载荷与热载荷,而且涡轮叶片服役时还承受着由气动载荷诱发叶片横向振动及自身的小幅值、高频率的高周振动。目前涡轮叶片大多为带气膜冷却孔的空心叶片,叶片内外壁存在显著的温度梯度。在气膜冷却孔处,除了温度梯度还有应力集中效应。这些都使得涡轮叶片容易发生损坏。作为航空发动机的核心部件之一,涡轮叶片损坏后果很严重,因此开展涡轮叶片在复杂极端工况下的疲劳试验,以研究其疲劳性能,确定其疲劳寿命具有十分重要的意义。
北航闫晓军等针对涡轮叶片疲劳试验研制了涡轮叶片夹具(闫晓军,聂景旭.定向结晶涡轮叶片蠕变/疲劳寿命的试验与分析[J].航空动力学报,2005,20(6):925-931.),该夹具利用互相垂直的两对销轴将夹具的主要零件进行连接,每个销轴联接的两个零件构成一个转向节;零件在销轴联接处存在间隙,通过调整销轴连接部位的间隙,可以调整叶片的应力分布。在此基础上,北航王荣桥、荆甫雷等(CN102539135A)基于该夹具,实现了涡轮叶片热机械疲劳试验系统。国内梁文、石炜、赵伟等(梁文,石炜,赵伟,等.DD6单晶涡轮叶片热机综合疲劳试验研究[J].燃气涡轮试验与研究,2015,28(5):29-32.)在该夹具基础上设计了二位移调节机构来调节叶片应力场,二位移调节机构主要利用一个丝杠机构,在平面坐标系(x,y)内调节叶冠夹具的前后及左右位置,从而调节涡轮叶片加载中心位置,实现应力场调试。但是上述夹具及系统均无法施加高周载荷。
北航王荣桥等提出了针对涡轮榫接模拟件的复合疲劳试验技术(CN201382883),将低周载荷施加力点通过一传力圆棒后移至榫槽后方,用一传力支板从后方推至承力圆柱上,并在传力圆柱上增加滚动轴承。这样在保证低周载荷很好传递的同时,使承力圆柱面上的滑动摩擦变为滚动摩擦,激振器产生的振动载荷可以很容易地克服阻力,在此基础上可以实现涡轮叶片高低周复合疲劳试验。但是该方案针对涡轮榫接结构,无法调节真实叶片叶身的应力分布。
综上所述,在现有技术条件的基础上,无法实现调节涡轮叶片考核截面应力状态并同时施加施加高、低周载荷,因此无法实现涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验。
发明内容
本发明解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验系统及方法,实现空心涡轮叶片在疲劳试验中稳定夹持,并且能够模拟涡轮叶片考核截面服役过程中的应力场、温度场、振动情况以及叶片内部的冷却情况,在此基础上可以实现空心涡轮叶片叠加高周振动的热机械疲劳试验。
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