[发明专利]一种基于散斑干涉原理的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于散斑干涉原理的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法及装置，所述方法具有如下步骤：获取低压涡轮螺栓预紧力与盘面位移大小、分布的关系，测试装配过程中或装配后的低压涡轮轴盘结构盘面位移，判断螺栓拧紧状态，确定预紧力偏差值。本发明基于散斑干涉原理测量盘面位移，能够同时获取一定范围的盘面位移变化特征，从而结合盘面位移整体变化规律进行预紧状态判断，结合预紧过程中盘面位移差为常数的一系列稳定位置点，解决螺栓预紧前后测量，以及多位置测量过程中产生的散斑图样失配问题，从而支持判断低压涡轮轴盘中多个螺栓预紧状态。

主权项

1.一种基于散斑干涉原理的航空发动机低压涡轮轴盘紧固力检测方法，其特征在于具有如下步骤：S1、获取低压涡轮螺栓预紧力与盘面位移大小、分布的关系：S11、对低压涡轮轴盘上的各螺栓进行拧紧，选择端面摩擦系数、牙面摩擦系数及轴向力一致的螺栓，并记录其在低压涡轮轴盘上的位置；S12、制作与所述低压涡轮轴盘相同的低压涡轮轴盘试件，通过散斑干涉仪获取未拧紧螺栓的低压涡轮轴盘试件的散斑图样，之后，按十字交叉法对试件上的螺栓进行拧紧，并对与步骤S11所述位置相对应的螺栓进行编号，记为1、2……n_max‑1、n_max；S13、在编号3～n_max‑2的范围内依次选取两颗螺栓，并分别标识为n₁、n₂；S14、对选取的两颗螺栓按以下三种工况施加预紧力：a)两颗螺栓预紧力均为预期值；b)一颗螺栓预紧力不足或偏大、另一颗螺栓预紧力为预期值；c)两颗螺栓预紧力均不足或偏大；S15、通过散斑干涉仪获取不同工况下n₁‑n₂中间区域低压涡轮轴盘盘面位移，螺栓预紧力不足或偏大作用下的盘面位移标示为u(x,y)，预期值作用下的盘面位移值标识为u_n(x,y)，则采用Δu(x,y)＝u(x,y)‑u_n(x,y)标识螺栓预紧力不足或偏大状态下位置(x,y)的盘面位移变化，根据测试结果建立Δu(x,y)与预紧力大小之间的关系：Δu(x,y)＝g(F_n1,F_n2,x,y)，得到满足条件Δu(x,y)＝常数的位置点集合，确定Δu(x,y)＝常数的区域，在所述区域内选取位置点a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，以及b₁，b₂，b₃，b₄，b₅，作为确定拧紧前、拧紧后散斑图位置失配量的基准：D＝{(x_a1,y_a1)，......，(x_a5,y_a5)，(x_b1,y_b1)，......，(x_b5,y_b5)}，其中F_n1为施加到n₁上的预紧力，F_n2为施加到n₂上的预紧力；S16、针对不同工况条件、不同预紧力作用下的n₁‑n₂中间区域各个位置Δu(x,y)进行测试、分析，结合牙面摩擦系数、端面摩擦系数偏差引起的螺栓轴向力偏差及低压涡轮轴盘紧固性能要求，确定判定螺栓预紧力不足或偏大的阈值：Δu_c(x,y)＝g(F_n1,F_n2,x,y)，(x,y)∈D_f，D_f为判断螺栓预紧力状态、预紧力大小的特征点集合；S2、测试装配过程中或装配后的低压涡轮轴盘结构盘面位移：散斑干涉仪沿低压涡轮轴盘的径向移动，针对低压涡轮轴盘上各个相邻螺栓的中间区域，确定散斑干涉仪的测试位置，分别测试螺栓拧紧前和拧紧后低压涡轮轴盘上各个相邻螺栓的中间区域的散斑图样，作为判断各螺栓拧紧状态的依据；S3、判断螺栓拧紧状态，确定预紧力偏差值：对于各个相邻螺栓的中间区域，f和g分别表示螺栓拧紧前后散斑图样对应的位移分布：在点集D＝{(x_a1,y_a1)，......，(x_a5,y_a5)，(x_b1,y_b1)，......，(x_b5,y_b5)}附近调整螺栓拧紧前或拧紧后散斑图样坐标，以实现D中各位置附近点的g(x^*‑Δx_d,y^*‑Δy_d)‑f(x,y)＝常数，得到的Δx_d，Δy_d即为散斑场失配位移量，则螺栓拧紧前后盘面位移变化可表达为：Δu(x,y)＝g(x^*‑Δx_d,y^*‑Δy_d)‑f(x,y)，对于点集D_f中各位置点的Δu(x,y)，若D_f中50％以上的位置点满足Δu(x,y)＞Δu_c(x,y)，(x,y)∈D_f，则可判定螺栓预紧力不足或偏大；拟合D_f中各位置点的Δu(x,y)特征规律，并与Δu(x,y)＝g(F_n1,F_n2,x,y)相比较，具体确定预紧力偏差值。