[发明专利]叶片切割装置及用于航空发动机风扇机匣的包容试验装置

说明书

本申请属于航空发动机风扇机匣包容试验领域，特别涉及叶片切割装置及用于航空发动机风扇机匣的包容试验装置。叶片切割装置包括：装药孔，开设在待切割叶片榫头上，两端端部开设有内螺纹；切割索，铺设在装药孔；塑钢泥，填充设置在切割索与装药孔之间的空隙中；雷管固定螺栓，螺纹安装在装药孔一端端部，且雷管固定螺栓中设置有雷管，雷管的两根雷管引线从过线孔伸出雷管固定螺栓头部；起爆开关，通过两根起爆电源线与雷管的引线连接，用于引爆雷管。本申请能够使叶片在指定转速下飞断，使得试验结果真实、有效，还能够避免较大的应力集中，并且雷管及切割索可最后安装，保证试验件装配及引线工作的操作安全，还能够保证起爆系统安全可靠工作。

技术领域

本申请属于航空发动机风扇机匣包容试验领域，特别涉及叶片切割装置及用于航空发动机风扇机匣的包容试验装置。

背景技术

对于燃气涡轮发动机，旋转件失效时产生的高能量碎片会使发动机本身、飞机、操作舵面、燃油箱以及飞行员处于危险之中。一旦发动机出现非包容现象就会使飞机受损，轻则飞行功能损失，重则机毁人亡。因此，世界范围内的军、民用燃气涡轮发动机规范都无一例外的有包容性的相关要求，内容基本相同，概括地说就是单个叶片在榫头以外截面断裂后应被包容，或者对整体叶盘必须至少单个叶片的80％破损并且被包容，由此引起的发动机损坏，不能对飞机产生任何危险性影响。一般来说，发动机规范要求在一台运转的发动机上验证风扇叶片的包容性，同时也提供结构极限强度的验证。然而这种试验的费用极高，所以，在提交进行这样的试验之前，要完成多项部件(或零件)级试验，以验证叶片、机匣及其他承力结构的强度设计。包容试验从简单到复杂分为机匣及机匣模拟件的打靶试验、单个叶片飞出后的完整性验证试验(不安装机匣)、试验器条件下的风扇单元体包容试验、试验器条件下安装主要发动机结构的包容试验以及整机包容试验。

在包容试验中，试验参数控制的最大挑战来自于叶片飞断转速的精确控制，飞断转速直接影响试验结果，因此必须被准确的控制。目前的控制方法主要有三种，采用预制缺口、预制缺口与局部快速加热结合以及爆破技术。预制缺口法是采用线切割在飞断截面预制缺口，缩小叶片飞断截面面积，使其在要求的离心载荷作用下率先被拉断。预制缺口与局部快速加热结合的方法是在叶片榫头处钻孔安装电加热棒，通过滑环给电加热棒供电，使榫头处局部温度快速升高，叶片拉伸强度随温度升高而下降，直至离心力将叶片拉断。在爆破技术方面，一是采用接触爆破，在榫头处钻孔放置雷管，通过雷管的爆轰力使叶片分离；另一种是使用线性聚能切割器，将线性聚能切割器布置于叶片根部，在达到试验转速后，通过聚能炸药的切割使叶片飞断。

现有技术方案的缺点主要从以下几个方面论述：

1.技术方面

预制缺口法由于受到材料分散性、加工误差及切口敏感性的影响，飞断转速控制精度较低，在实际应用中通常会保守的预制缺口，导致试验需多次上下台，试验的成功率难以保证。

预制缺口与局部快速加热结合的方法只适合拉伸强度对温升敏感的金属材料，另外在部件级及整机包容试验中应用也面临布线困难的问题。

采用接触爆破进行叶片飞断，由于爆轰压力没有方向性，会增加叶片向外飞出的额外动能，从而影响试验结果；聚能切割器为外置形，在实际发动机包容试验要求的榫头断裂位置没有足够的布置空间，尚不能直接应用于发动机部件级及整机包容试验。

2.成本方面

飞断转速控制精度差，会导致试验件重复上下台或叶片提前飞断，在叶片飞断时增加额外动能，会导致试验过考核，重复试验以及过考核或一旦叶片提前飞断所引起的试验失败，都会消耗巨大的经济成本。

3.效率方面

现有的飞断转速控制技术误差较大，需重复试验，从而影响效率。

发明内容

为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种叶片切割装置及用于航空发动机风扇机匣的包容试验装置。