[发明专利]一种针对发动机多尺寸外廓转子的测振装置及其数字孪生方法

说明书

本发明涉及一种针对发动机多尺寸外廓转子的测振装置及其数字孪生方法，所述装置包括测振组件和数据采集组件；所述测振组件包括立柱、横梁结构、三自由度传感器支架调节机构和基座；所述数据采集组件包括试验计算机、LMS测试系统、红外线位移红外线位移传感器、旋转编码器和USBCAN设备。本发明可解决重复调试距离角度的繁琐、现有测振技术由于磁力表座自身体积限制而无法在转子轴向方向上实现小间距密集布置红外线位移传感器、现有测振技术中磁力表座摆放不准确导致的测量误差问题以及磁力表座最终锁紧时发生的小角度偏移或小距离偏移的定位困难等问题。并将数字孪生技术应用到航空发动机转子测试中，提高针对航空发动机转子测振技术的先进性。

技术领域

本发明涉及航空发动机测试技术领域，尤其涉及一种针对发动机多尺寸外廓转子的测振装置及其数字孪生方法。

背景技术

现有测振技术主要是由距离调节器、红外线位移传感器固定器等部件组成的测振装置，再加上红外线距离红外线位移传感器、数据采集器就可组成测振系统，广泛应用于机床转轴和发动机转子或其它旋转机械振动测试的场合。现有距离调节器一般由磁力表座及固定螺栓等部分组成，例如专利文献CN104776987A中公开的距离解调器。现有测振装置多采用磁力表座固定于基座，所述磁力表座上通过螺栓固定滑轨，所述滑轨指定位置通过两个螺栓固定传感器支架，所述传感器支架上通过螺钉固定红外线位移传感器，通过调节每个距离调节器上的传感器支架位置保证所述红外线位移传感器测头与被测转子轴线在同一水平面。现有测振装置中会同时布置多个磁力表座，所述磁力表座自身厚度为50mm，两红外线位移传感器间间距为100mm。

首先，传统测振技术中磁力表座由于自身的体积限制无法在转子轴向方向上实现小间距密集布置，当所需测点相邻间距小于磁力表座的自身厚度时，难以采用上述测振技术完成指定测试要求。其中磁力表座自身厚度为50mm，而当所需测点的间距小于50mm，又同时要求满足该两个测振装置在与转子轴线平行的一条直线上，且测头垂直于被测对象等要求时，就会产生无法准确完成测试的情况，而这些要求也正是航空发动机转子测试中需要满足的常见要求。其次，虽然现有测振技术一般具有多自由度、灵活等优点，但该特点对于具有独特测振要求的发动机转子来说并非十分适合，甚至还会产生一些不必要的缺点。目前大多数航空发动机转子具有类似的外廓特点，同时试验测点往往仅分布在与转子轴线共面的水平面或竖直面上，因此传统测振技术的这种多自由度、灵活的特点在针对航空发动机转子时显得并不重要，反而会因为过多的自由度、灵活性而产生诸多问题，如现有测振技术磁力表座摆放不准确导致的测量误差问题，磁力表座最终锁紧时极易发生小角度偏移或小距离偏移而产生定位困难的问题，存在沿X、Y、Z的平动自由度以及绕Z轴的旋转自由度。再次，现有测振技术在所需布置测点数量较多情况下，需同时布置多个测振装置，进而产生重复调试距离、角度的繁琐问题，假设调试每一个测振装置需要时间t，测振装置的个数为N，则完成全部测振装置调试工作需耗费N·t的时间。显而易见，当测点数量N较多时，就会在调试上耗费大量的时间，大大影响了试验调试的进度，影响了整个试验的进程，不利于进一步的振动特性分析。而在航空发动机振动测试中往往需要同时布置大量的红外线位移传感器测点，若采用上述传统测振技术则仅在试验调试阶段就会浪费大量的时间，大大降低了试验效率，甚至进一步影响发动机的研制进度。现有测振技术往往仅局限于位移信号数据的获取，不能直接得到测试过程中测振对象的应力分布或变形云图等特性，不能满足航空发动机高质量研制工作中对先进测试技术的更高要求。

因此，现有的测振技术均存在一定的缺陷和不足之处，其能否在实际应用中产生良好的技术效果还有待于进一步探讨。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种针对发动机多尺寸外廓转子的测振装置。通过改变测振技术中传感器支架结构设计，解决重复调试距离、角度的繁琐、现有测振技术由于磁力表座自身体积限制而无法在转子轴向方向上实现小间距密集布置红外线位移传感器、现有测振技术中磁力表座摆放不准确导致的测量误差问题以及磁力表座最终锁紧时发生的小角度偏移或小距离偏移的定位困难等问题。