[發明專利]一種整體葉盤多載荷振動實驗裝置及方法

在審

• 申請號: 202010370208.8
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111504585A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 陳玉剛;徐安楊;杜永恩;翟敬宇;蔡文哲;秦勇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;北京動力機械研究所
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

一種整體葉盤多載荷振動實驗裝置及方法，航空發動機技術領域。該裝置包括機箱、模擬輸出板卡、壓電陶瓷驅動電源、壓電陶瓷激振器、加速度傳感器、壓電薄膜、數據采集分析儀、上位機、振動臺、功率放大器、控制器和模態力錘。本發明應用前景廣泛，具備輸出多路相互獨立并存在可調相位差的階次激勵信號和載荷譜可調的基礎激勵信號，可以靈活模擬整體葉盤多載荷作用下的振動狀態，并通過壓電薄膜進行多扇區振動的同步測試。采用壓電陶瓷激振器可實現高頻的激勵，滿足試驗系統對高階、高頻振動測試的需求。價格便宜，性能可靠。與現有實驗測試系統相比，整個系統性能優異，制造簡單，成本低廉。

技術領域

本發明涉及一種整體葉盤振動試驗裝置，該裝置可以實現多載荷下整體葉盤的振動試驗測試，用于實驗研究典型載荷作用下整體葉盤的振動響應行為。屬于航空發動機技術領域。

技術背景

整體葉盤是先進航空發動機中的一種典型結構件，與傳統的榫連式葉盤相比，它的葉片與輪盤加工成一體結構，不僅減輕了發動機轉子的重量，而且增加發動機工作效率，顯著提高了發動機的推重比。

與傳統葉盤相比，整體葉盤的輪盤較為輕薄，輪盤與葉片的剛度相差較少，振動的阻尼能力低，因此非常容易發生盤片耦合振動。由于耦合振動的存在，整體葉盤的頻率－節徑數曲線上會出現“頻率轉向”現象。在氣動載荷階次激勵和基礎激勵載荷作用下，頻率轉向區附近由失諧引起的整體葉盤振動局部化現象最為明顯，導致少數葉片的振幅和應力水平顯著增大，極容易發生振動疲勞破壞甚至導致斷裂。因此，在實驗室環境下發明一種能夠模擬多載荷的整體葉盤振動試驗裝置，研究多載荷作用下的整體葉盤振動響應是十分必要的。

目前，研究多載荷下整體葉盤振動的試驗裝置未見報道。本發明提出對整體葉盤各個葉片順序施加等相位差的正弦激勵來模擬氣動階次激勵、電磁振動臺實現基礎激勵、壓電薄膜同步測試各扇區振動的整體葉盤振動試驗裝置。整個試驗裝置簡單易行，經濟成本低，對于研究階次激勵和基礎激勵多載荷作用下的整體葉盤振動響應，具有重要的學術意義和工程參考價值。

發明內容

本發明旨在針對現有技術難題，本發明提供一種整體葉盤多載荷振動試驗裝置，可以實現多載荷的同步施加和振動響應的實時測試。

本發明的技術方案：

一種整體葉盤多載荷振動實驗裝置，包括機箱、模擬輸出板卡、壓電陶瓷驅動電源、壓電陶瓷激振器、加速度傳感器、壓電薄膜、數據采集分析儀、上位機、振動臺、功率放大器、控制器和模態力錘。

所述的上位機通過以太網輸出端連接機箱的以太網輸入端，所述模擬輸出板卡置于機箱的插槽內組成模擬輸出模塊，機箱的輸出端連接壓電陶瓷驅動電源的輸入端，壓電陶瓷驅動電源的輸出端連接多個壓電陶瓷激振器。為了降低附加質量的影響、提高壓電薄膜測試應變信號的量級，所述壓電陶瓷激振器粘貼于整體葉盤結構靠近輪轂的葉根上表面，壓電薄膜粘貼于整體葉盤靠近輪轂的葉根下表面。壓電薄膜與數據采集分析儀相連，采集的應力應變信號傳輸給數據采集分析儀，數據采集分析儀的以太網輸出端與上位機連接，上位機用于數據采集、參數設置、驅動信號生成。整體葉盤結構通過專用夾具固定在振動臺上，振動臺依次與功率放大器和控制器相連接。

所述模態力錘置于整體葉盤內環上方，模態力錘的沖擊端接觸整體葉盤上表面，加速度傳感器黏貼于葉盤結構內側，加速度傳感器和模態力錘輸出端均連接數據采集分析儀。

所述上位機具備波形調節、頻率設置、相位調整、直流分量疊加、過載保護與信號放大倍數調節功能，可以在多個任務或設備間共享時鐘和觸發，可以產生多通道相位可調的正弦激勵信號。

所述的上位機還能夠接收來自鍵盤的中斷，必要時便于人為修改參數，或把信息通過顯示器接口輸出到顯示屏，以便進行參數的設置與數據顯示和保存。

所述模擬輸出板卡與機箱將上位機輸出的正弦激勵信號轉為模擬信號輸出，并傳輸出至壓電陶瓷驅動電源。