[發明專利]一種航空發動機實驗器碰摩裝置及碰摩實驗方法

在審

• 申請號: 201910551985.X
• 申請日: 2019-06-25
• 公開（公告）號: CN110285972A
• 公開（公告）日: 2019-09-27
• 發明（設計）人: 趙璐;廖明夫;鄧旺群;楊海;王四季;侯理臻
• 申請（專利權）人: 西北工業大學;中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: G01M15/00
• 分類號: G01M15/00;G09B9/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種航空發動機實驗器碰摩裝置及碰摩實驗方法。本發明中，將碰摩機匣設計為自振頻率可調、支承剛度可調的拉桿式彈性機匣，前機匣通過拉桿和后機匣連接，后機匣通過螺栓與支座連接。通過改變拉桿數量可以調節機匣的支承剛度和自振頻率，通過增大不平衡量，使轉子機匣碰撞，完成碰摩實驗。本發明具有結構簡單、操作性好的特點，能夠重復使用，具有良好的經濟性，能夠有效多次的進行碰摩試驗，為航空發動機碰摩實驗研究提供了關鍵性技術，是實驗研究航空發動機轉靜碰摩問題，總結碰摩特征、碰摩規律和碰摩形式的重要途徑。

技術領域

本發明涉及航空發動機領域，是一種航空發動機實驗器碰摩裝置及碰摩實驗方法。具體研究渦扇發動機的碰摩故障。

背景技術

轉靜碰摩是航空發動機轉子的二次故障形式，它是一種由于轉子突加不平衡、不對中、熱彎曲、扭轉負載突增等因素引起的并發故障。然而，轉靜碰摩的發生還會進一步引發故障，如摩擦、沖擊、耦合效應、硬化影響、熱不平衡及扭轉振動等，加劇工況惡化，影響實驗器的運行。在碰摩發生時，從沖擊到穩定接觸時間極短，很難在分析時將各種因素綜合在一個力學模型中考慮。因此，轉靜碰摩是一個十分復雜的非線性問題。從Newkirk在1926年提出碰摩問題以來，國內外學者對此作了大量的研究，但由于非線性微分方程數值求解在80年代以后才實現，以往的研究主要建立在簡單模型上，沒有將碰摩引起的各種現象結合起來考慮，分析有限，使得人們對碰摩故障的研究還不完善，對其引起轉子失穩機理的認知也不明確，所得結論以定性為主。因此設計一種碰摩裝置，對轉子機械，尤其是航空發動機領域，實驗研究碰摩故障、碰摩形式以及碰摩特征具有重要的意義。

在SCI期刊“Rotordynamic analysis of asymmetric turbo-fan rotor due tofan blade-loss event with contact-impact rub loads”(Journal of Sound andVibration(2013)，332(9):2253—2283)中，計算分析了航空發動機轉子在突加不平衡作用下的碰摩特征，但未設計碰摩裝置。

在EI期刊“碰摩轉子的彎曲和扭轉振動分析”(航空動力學報,2002,17(1):97–104.)中，建立了多自由度的轉靜碰摩模型，并進行了理論推導，但未進行相關碰摩裝置設計及實驗方法研究；在EI期刊“雙盤轉子碰摩的彎曲和扭轉振動實驗研究”(航空動力學報,2001,17(2):205–211.)中，進行了碰摩實驗，設計了一個傾斜度5％的錐形筒，通過軸向移動錐形筒調節與風扇盤的間隙，從而在不同碰摩間隙下實現碰摩，但碰摩前的調解工作繁瑣，難以避免測量誤差，且難以實現不同機匣剛度下的碰摩。作為現代航空發動機的典型故障，碰摩出現頻率高、影響因素多、破壞性強、實驗難度大且實驗周期長，尤其針對碰摩的影響因素包括碰摩剛度、碰摩間隙、摩擦系數，往往完成一次模擬實驗器的碰摩實驗準備數月甚至數年之久，還難以完全的研究各個影響因素的規律。因此，設計一種結構簡單，能夠重復使用并且方便可行的調節碰摩剛度，滿足多種碰摩需求的碰摩裝置十分必要。

發明內容

為克服現有技術中的碰摩裝置難以調節碰摩參數的不足，本發明提出了一種航空發動機實驗器碰摩裝置及碰摩實驗方法。

本發明提出的航空發動機實驗器碰摩裝置包括前機匣、拉桿和后機匣。其中：所述拉桿有16根。各所述拉桿水平的固裝在所述前機匣與后機匣之間，并使各所述拉桿的一端分別裝入位于該前機匣法蘭上的螺紋孔并固緊，各所述連桿的另一端分別裝入位于該后機匣法蘭上的螺紋孔并固緊；通過各所述連桿將所述前機匣和后機匣連接。

所述拉桿的直徑為5～8mm，長度須使裝配后的前機匣的碰摩段與發動機風扇盤的外圓周表面在軸向有3～5mm的配合。

所述前機匣的筒體為與發動機風扇盤配合的碰摩段。在該碰摩段的一端有用于安裝所述拉桿的法蘭。在該法蘭上均布有16個拉桿的安裝孔。所述前機匣的內徑比所述發動機風扇盤的外徑大0.1～0.5mm；所述前機匣的壁厚為2.0mm。所述碰摩段軸向長度為30mm。