[发明专利]用于航空发动机叶片FOD模型的连续弹体发射装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于航空发动机叶片FOD模型的连续弹体发射装置及方法，属于航空发动机外物撞击振动响应试验技术领域。该装置包括顶升模块、投料模块、发射模块和测试模块。所述的投料模块、发射模块和测试模块依次相连，并安装在顶升模块上；所述的一种用于航空发动机叶片FOD模型的连续弹体发射装置即可实现多个外物连续发射，又可对撞击叶片的位置进行调整；本发明适用于航空发动机叶片的FOD模型试验，解决了现有发射装置使用方法复杂、无法完成多外物连续撞击和无法调整模拟外物撞击叶片位置等问题。

技术领域

本发明属于航空发动机外物撞击振动响应试验技术领域，特别是设计一种用于航空发动机叶片FOD(Foreign Object Damage)模型的连续弹体发射装置及方法。

背景技术

航空发动机叶片受外物撞击是飞机较为严重的飞行事故，以鸟撞为例，全世界每年将近发生1万次以上事故，被国际航空联合会升级为“A”类航空灾难。由于该问题属于复杂非线性冲击动力学问题，涉及到冲击载荷、流固耦合、固固耦合、几何非线性、材料非线性以及瞬态动力学等。目前的理论分析方法根本无法解决此类问题，因此试验研究是此类问题最有效的解决方法。由于其工作环境复杂、外物形状不一、以及发动机结构昂贵等因素，因此模型试验的选用具有重要意义。

目前常用的鸟撞试验台大多以空气炮的方式发射模拟弹体，其不足之处在于一次试验只能发射一枚模拟弹体、且撞击位置固定、发射装置气密性要求高、弹体的装载较为繁琐等。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于航空发动机叶片FOD模型的连续弹体发射装置及方法，本发明不仅可以单次发射多个模拟弹体、也通过控制电机转速和摩擦轮尺寸控制弹体的发射速度、还可以通过调升发射装置的高度来实现对不同位置叶片的撞击。这种发射装置功能更为全面，较现有方法降低了实验成本，同时缩短了实验周期。

为了实现上述的目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于航空发动机叶片FOD模型的连续弹体发射装置，该连续弹体发射装置包括顶升模块、投料模块、发射模块和测试模块。所述的顶升模块用于对炮筒的发射高度进行调节，来对模拟弹体撞击叶片的位置进行调整，从而探究不同撞击位置(高度)对叶片动力学特性的影响；顶升模块包括试验台底座、步进电机、型材、升降台、丝杠、丝杠母、光轴、滑块、第一联轴器、顶部支撑板、蜗轮、蜗杆、电机支承座、V型带和V带轮；所述的型材固定于顶部支撑板与试验台底座之间，用于支撑所有结构；试验台底座与顶部支撑板之间设置两根丝杠和两根光轴，两根丝杠或两根光轴呈中心对称布置；升降台被丝杠和光轴穿过，且分别通过丝杠母和滑块与丝杠和光轴相配合，确保能在试验台底座与顶部支撑板之间上下运动；所述的步进电机通过电机支承座固定在试验台底座上，步进电机的输出轴通过第一联轴器与蜗杆相连接，进行力和扭矩的传递；蜗轮固定在一根丝杠上，通过与蜗杆的配合带动丝杠进行旋转；两根丝杠上分别设置V带轮，V带轮位于蜗轮的下方，两个V带轮之间通过V型带相连；步进电机正反方向旋转，使前后两个丝杠实现同步转动；进而改变升降台的高度。

所述的光轴用于保证升降台运行的稳定性与准确性，另外采用蜗轮蜗杆传动机构可以保证在电机静止状态时升降台不会因重力下降。

所述的投料模块包括弹槽支承底板、弹槽支撑顶板、第一电机支撑座、刚性联轴器、伺服电机、旋转弹槽、铝型材、模拟弹体和钢管；所述的弹槽支承底板和弹槽支撑顶板分别通过钢管和铝型材固定在升降台上；旋转弹槽设置于弹槽支承底板和弹槽支撑顶板之间，伺服电机通过第一电机支撑座固定在弹槽支撑顶板上；伺服电机通过刚性联轴器使旋转弹槽进行转动，弹槽支承底板和弹槽支撑顶板上均开设与旋转弹槽开口尺寸相一致的开口，当旋转弹槽的开口正好与弹槽支撑顶板的开口相吻合时，模拟弹体便可全部放入到旋转弹槽中；同时，当弹槽支承底板的开口与旋转弹槽的开口相吻合时，模拟弹体便依次掉落到炮筒中。