[发明专利]一种军用涡扇发动机机械系统整机试验器

说明书

本发明为一种军用涡扇发动机机械系统整机试验器，通过对典型现役军用涡扇发动机进行适应性改造，构建机械系统整机级模拟服役环境，更加真实的模拟主轴承、传动齿轮和轴承、润滑系统等机械系统部件和系统的服役工况和环境以及主轴承的轴向载荷，支撑开展机械系统关键轴承/齿轮、润滑系统等典型故障的失效规律研究，服役环境复杂振动传递路径下主轴承、传动机匣轴承等的微弱故障信号传递和表征，机械系统关键部件/系统故障的状态监控和失效预警技术研究，牵引发动机健康监控技术发展和落地应用，为军用航空装备使用安全保驾护航。

技术领域

本发明涉及一种军用涡扇发动机机械系统整机试验器，能够更加真实的模拟主轴承、传动齿轮和轴承、润滑系统等机械系统部件和系统的服役工况和环境，以及主轴承的轴向载荷，为提升军用航空发动机机械系统健康诊断能力提供关键支撑。

背景技术

航空发动机机械系统公认是国内外军用航空发动机故障多发的系统，尤其以轴承失效是导致发动机机械原因空中停车和单发飞机等级事故的主导原因之一。我军现三代主战飞机的动力装置，五支点主轴承(中介轴承)突发失效等重大故障问题突出，导致多起发动机抱轴断轴，损失巨大。主轴承的机载健康诊断技术发展需求极为迫切。

轴承试验器是发动机健康监控技术开发的重要平台，FAG公司、NASA和Akron等单位都建有不同复杂程度的主轴承试验系统。FAG建设的主轴承试验器，模拟了主轴承在发动机上的安装和支承方式，润滑和载荷环境，轴承试验的模拟工况更加接近实际。NASA和Akron大学共同建设的中介轴承试验系统，用于支撑NASA智能发动机的智能轴承系统项目，采用空气涡轮驱动高速轴。

与国外相比，国内开发的主轴承试验系统基本上有三种类型：一是用于滚珠轴承的单个轴承试验器，主要用于航空发动机主轴承的寿命和性能试验，试验轴承内径70-180mm、最高转速20000RPM，具有计算机自动测控功能。一种是用于中介主轴承的双套圈旋转高速轴承试验器，主要用于航空发动机中介主轴承双套圈旋转寿命试验或性能试验，也可承担一般的航空发动机主轴承，试验轴承内径75-210mm，最高转速20000RPM。这种轴承试验器具有两根同时高速旋转的主轴，适用于内外圈同时旋转的轴承试验，具有试验载荷大和试验轴承温度高等特点，具有计算机自动测控功能。一种是具备全套发动机主轴承考核的双轴轴系试验器，可同时对一台发动机高、低压转子的五套主轴承进行耐久性和寿命试验、断油试验、打滑蹭伤试验、故障再现试验、超速试验、大载荷试验和特殊测量参数试验等。试验轴承内径50-180mm、最高转速12000RPM、环境温度200度。采用工业计算机实现载荷谱、速度谱和温度谱的自动控制，实现试验主参数的自动测量，可实现轴承故障的在线监测和故障诊断，实现自动记录和自动报警停机。这三类试验器都属于部件级试验器，对于发动机服役环境的模拟真实度与实际情况差距较大，尤其是不具备发动机环境下主轴承到外置机匣振动声学传递路径等服役环境的模拟能力。

总体来看，发动机健康监控技术的成熟，离不开发动机典型相关环境的高逼真度模拟，当前部件级试验器主要用于支撑部件设计验证或部件性能、强度或寿命试验考核，对于部件的发动机服役环境模拟能力较弱，尤其是针对主轴承等，不具备模拟发动机主轴承复杂振动传递路径、支承关系和完整真实润滑系统工作状况等服役条件的能力，难以支撑滑油碎屑监视和高频振动监视等关键技术的应用验证需求。考虑到机械系统是发动机故障多发系统，且其失效危害大，对涡扇发动机进行改造，构建机械系统整机级模拟环境，对于加快发动机健康监控技术成熟具有重要价值。

发明内容

本发明的目的在于以我军三代、四代、五代等发动机健康监控共性技术发展需求，以军用涡扇发动机机械系统典型故障模式为对象，建立包含主轴承、传动链轴承齿轮的整机级模拟服役环境试验平台，支撑开展机械系统关键轴承/齿轮、润滑系统等典型故障的失效规律研究，服役环境复杂振动传递路径下主轴承、传动机匣轴承等的微弱故障信号传递和表征，机械系统关键部件/系统故障的状态监控和失效预警技术研究，牵引发动机健康监控技术发展和落地应用，为军用航空装备使用安全保驾护航。