[发明专利]一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验方法有效
申请号: | 201710813022.3 | 申请日: | 2017-09-11 |
公开(公告)号: | CN107764558B | 公开(公告)日: | 2019-09-17 |
发明(设计)人: | 魏静;白培鑫;侯少帅;张爱强 | 申请(专利权)人: | 重庆大学 |
主分类号: | G01M15/14 | 分类号: | G01M15/14 |
代理公司: | 重庆大学专利中心 50201 | 代理人: | 王翔 |
地址: | 400044 *** | 国省代码: | 重庆;50 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 用于 模拟 齿轮 发动机 叶片 丢失 实验 装置 方法 | ||
本发明公开了一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验方法。本发明的实验装置主要包括直流电机、联轴器I、联轴器II、联轴器III、联轴器IV、转矩转速传感器I、转矩转速传感器II、模拟风扇转子的圆盘、齿轮转子系统、磁粉制动器、质量为m1的质量块I、质量为m2的质量块II和工作台。本发明采用一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及其实验方法,解决了模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失和定量施加不平衡量的问题。
技术领域
本发明涉及航空发动机转子动力学与适航符合性验证技术领域,具体是一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验方法。
背景技术
降低耗油率和减少污染排放是下一代民用航空发动机的主攻发展方向。齿轮涡扇(Geared Turbofan Engine,GTF)发动机具有低排放、低噪声、低油耗和低维护费用等优点。齿轮驱动风扇(GTF)发动机相对于传统的双转子涡轮风扇发动机来说,核心机没有根本变化,只增加了一个减速箱。鉴于齿轮驱动风扇(GTF)发动机技术性能特点和性能优势,在支线飞机和单通道干线飞机中,齿轮驱动风扇(GTF)发动机有着诱人的市场应用发展前景。
叶片丢失是发动机可能遭遇的一种典型恶劣载荷工况,指部分或者整个转子叶片断裂后飞出。叶片丢失可能由叶片或榫槽的疲劳失效、大尺寸的鸟撞或其他外物撞击等多种原因引起,并将导致发动机结构被严重破坏,甚至引起飞行器损毁。航空安全管理机构基于适航安全性需求,对叶片丢失提出了明确要求。中国民用航空局要求高涵道比涡扇发动机必须通过叶片丢失的试验,以验证涡扇发动机在发生风扇叶片丢失时,在最长的飞行期间内(有机型要求最长飞行时间为3h)能保证涡扇发动机处于安全状态,不致引发危险性故障,以使飞机可以安全返航。因此,叶片丢失是发动机研制过程中必须解决的重要问题。早期的研究主要是通过严酷的试验验证,但是其耗资巨大,近年的研究趋势是设计初期尽量避免或减少整机的试验,尽可能通过分析和模拟的手段验证结构的动力响应规律和特征。
现有技术中,有人发明了一种亚尺度模拟航空发动机旋转试验装置及试验方法。设有模拟机匣、模拟支板、模拟转子轴、模拟叶盘、模拟鼓筒、前中后三支点轴承及模拟前后安装节;所述试验装置由电动机通过一套断轴保护装置驱动旋转模拟机匣部件之间通过安装边螺栓连接,模拟支板与模拟机匣间通过焊接连接,模拟叶片通过螺栓和安装盘与轴连接,模拟鼓筒与模拟支板间通过螺栓连接,模拟前安装节通过螺栓及吊杆与刚性安装座连接,模拟后安装节通过螺栓与铰链与刚性安装座连接。
但GTF发动机相对于传统的双转子涡轮风扇发动机,增加了一个齿轮箱,传动结构发生了变化。由于齿轮系统的存在,GTF发动机系统的激励源不再是单一的不平衡量。齿轮系统作为参数激励和非线性并存的弹性机械系统,其动态响应除受到自身结构参数和几何参数的影响之外,还受到各种激励的影响。但是现有的实验装置无法定量施加不平衡量,也无法模拟GTF发动机风车状态下叶片丢失后的振动特性。
发明内容
本发明的目的是解决模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失和定量施加不平衡量的问题,本发明提出了一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及其实验方法,此装置结构简单、拆卸更换容易,能够满足不同不平衡量及不同工况下的要求,能够验证理论方法,分析模型及数值结果的正确性。能满足企业的实际需求,填补相关技术空白。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的,一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置,主要包括直流电机、联轴器I、联轴器II、联轴器III、联轴器IV、转矩转速传感器I、转矩转速传感器II、模拟风扇转子的圆盘、齿轮转子系统、磁粉制动器、质量为m1的质量块I、质量为m2的质量块II和工作台。
所述直流电机、转矩转速传感器I、所述齿轮转子系统、所述转矩转速传感器II和所述磁粉制动器依次安装在所述工作台上。
所述直流电机提供转速和功率。
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