[发明专利]一种航空发动机叶片高温振动疲劳特性的检测装置及方法

说明书

本发明提供了一种航空发动机叶片高温振动疲劳特性的检测装置及方法，利用振动加载系统对航空发动机叶片施加振动载荷，采用电感应加热系统对航空发动机叶片进行加热控制，利用三维数字图像相关法检测并分析航空发动机叶片在高温振动载荷下的振动疲劳特性。本发明利用非接触式光学全场变形测量的三维数字图像相关法，可以适应各个尺度和多种条件下的测量、保证了检测结果的精度性，同时可实现航空发动机叶片在不同温度以及不同频率下的振动疲劳特性的监测，有效保证了实验结果的全面性。

技术领域：

本发明属于振动疲劳试验技术领域，具体涉及一种航空发动机叶片高温振动疲劳特性的检测装置及方法。

背景技术：

振动是航空器件的首要服役环境，振动疲劳破坏是航空发动机叶片发生裂纹及断裂失效的主要形式之一，航空发动机叶片通常在高温高压、交变载荷等环境下工作，所以实现对航空发动机叶片在高温环境下振动疲劳特性的检测尤为重要。

目前，对于航空发动机叶片振动特性的检测大都局限于常温状态下的振动疲劳。已经例如专利号为201310073338.5的专利申请提出了一种叶片疲劳非接触测量闭环振动测试方法，以测量控制单元控制电动振动台在叶片共振点振动,同时测量叶片的应力和叶片上选定部位的振幅,以确定应力与叶片选定部位的振幅的对应关系；专利号为201310121074.6的专利申请提出了一种整体叶轮叶片振动疲劳试验装置及试验方法，该申请通过在整体叶轮上相邻叶片间设置橡胶阻尼块使得相邻叶片间互相阻尼,保证了对整体叶轮上单个叶片进行振动疲劳试验时其他叶片不能自由振动，既避免了对整体叶轮进行等分切割的麻烦，又避免了因支撑叶片的轮盘的刚性变化导致叶片固有频率的改变，这些方法可以有效地测试发动机叶片在常温下的振动疲劳情况。而通过常温振动疲劳试验得出的振动疲劳特性与实际工作温度下的振动疲劳特性的差距甚大，所以监测航空发动机叶片在高温下的振动疲劳特性对确定发动机叶片的寿命至关重要。

与本发明最为接近的是申请号为201610066802.1的专利申请，该申请提出一种发动机叶片疲劳度的测试装置，该申请在纵向振动台面的振动装置上连接高温箱，在高温箱内设有与振动台面连接的用于夹持叶片的夹具但与本发明相比还存在以下不足：1.该方法没有考虑高温对振动加载系统以及信息采集系统的影响，无法保障设备在高温工作状态下的可靠性；2.同时在振动装置上连接高温箱以实现高温振动疲劳的检测，结构比较复杂，不容易实现，并且检测结果较单一。

数字图像相关法是一种新型的非接触式，可实时监控的测量技术。其原理为对振动过程中的试件连续采集物体表面散斑图像，采集结束后，利用相关软件进行数据的计算处理，利用振动过程中数字图像的变化测量位移，最后实现物体振动频率、振动幅度等相关参数的测量。二维数字图像相关法在实际应用过程中还存在很多不足：1)被物体表面必须是或者近似是一个平面；2)相机的光轴必须垂直或近似垂直于被测物表面；3)被测物表面的运动主要发生在面内，离面运动分量没有或者是很小。

发明内容：

为了克服现有的不足，本发明提供了一种航空发动机叶片高温振动疲劳特性的检测装置及方法。本发明利用非接触式光学全场变形测量的三维数字图像相关法，可以适应各个尺度和多种条件下的测量、保证了检测结果的精度性，同时可实现振动试样在不同温度以及不同频率下的振动疲劳特性的监测，有效实现了实验结果的全面性。

本发明的技术方案如下：

一种航空发动机叶片高温振动疲劳特性的检测装置，其特征在于，包括振动加载系统、电感应加热系统、数字图像采集系统、计算机，

振动加载系统包括电磁振动台、隔热垫圈、螺栓、定位块、高温夹具，定位块、高温夹具固定在电磁振动台上，用于固定振动试样；定位块、高温夹具与电磁振动台之间设置隔热垫圈；