[發明專利]航空發動機葉片疲勞試驗中對轉子溫度場進行修正的方法

有效

• 申請號: 202110446453.7
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113188781B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 章的;王建方;熊望驕;劉建新
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01K7/02;G01J5/00
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 顏漢華

1.一種航空發動機葉片疲勞試驗中對轉子溫度場進行修正的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟S1：進行葉片加熱效果調試以確定溫度標定用的加熱線圈的尺寸、加熱功率和其到葉片尖端的距離；

步驟S2：采用熱電偶測溫結合紅外測溫的方式進行溫度測點布置；

步驟S3：采用溫度標定用的加熱線圈對葉片和輪盤的裝配件進行溫度標定，當葉片考核部位在加熱線圈的加熱功率恒定的情況下保持溫度穩定時，記錄此時的加熱功率、各熱電偶測點和各紅外測點的溫度測量值；

步驟S4：基于各熱電偶測點和各紅外測點的溫度測量值進行分區傳熱分析以得到葉片和輪盤在試驗狀態下的模擬溫度場；

步驟S5：基于葉片和輪盤在試驗狀態下的模擬溫度場進行葉片、輪盤應力分析，通過調整應力分析中的轉速值，使得葉片考核部位的應力水平與工作狀態下的應力水平相同，此時的轉速值作為葉片疲勞試驗的試驗轉速；

步驟S6：基于葉片和輪盤在試驗狀態下的模擬溫度場進行轉子變形有限元仿真分析，得到旋轉狀態下的轉子和非旋轉狀態下的轉子在加熱線圈加熱下的變形差別，以得到葉片尖端因旋轉狀態產生的徑向變形值；

步驟S7：基于該徑向變形值調整加熱線圈到葉片尖端的距離，并采用溫度標定得到的加熱功率對轉子進行葉片加熱，并以應力分析得到的試驗轉速進行葉片疲勞試驗。

2.如權利要求1所述的航空發動機葉片疲勞試驗中對轉子溫度場進行修正的方法，其特征在于，所述步驟S1具體為：

根據航空發動機葉片疲勞試驗的溫度要求，不斷調節加熱線圈與葉片尖端的徑向距離和其加熱功率，當葉片考核部位達到目標溫度并在預設時間內保持穩定時，記錄此時的徑向距離和加熱功率，且在調節加熱線圈與葉片尖端的徑向距離和加熱功率時，需保證葉片尖端的加熱區與葉片考核部位的距離在5mm以上。

3.如權利要求1所述的航空發動機葉片疲勞試驗中對轉子溫度場進行修正的方法，其特征在于，所述步驟S2具體為：

從葉片頂部至葉片考核部位之間的葉身區域沿徑向方向布置至少三排熱電偶測點，每排熱電偶測點至少包括兩個測點，其中一個測點靠近葉片前緣設置，一個測點靠近葉片尾緣設置，葉身的第一排熱電偶測點距離葉片尖端的徑向距離為2mm，葉身的第二排熱電偶測點位于加熱區和非加熱區的交界處附近的預設距離范圍內，葉身的最后一排熱電偶測點位于葉片根部徑向截面，并在葉片考核部位所在截面布置一排熱電偶測點，在輪盤的每個榫槽側面設置一個熱電偶測點，在輪盤輻板和輪心上分別設置至少一個熱電偶測點；

在葉片考核部位所在的徑向截面上沿徑向方向上移2mm和下移2mm的范圍內分別布置一排紅外測點，每排紅外測點至少包括一個靠近葉片前緣設置的測點和一個靠近葉片尾緣設置的測點。

4.如權利要求3所述的航空發動機葉片疲勞試驗中對轉子溫度場進行修正的方法，其特征在于，所述步驟S3還需對紅外測點的溫度測量值進行修正，修正值通過以下內容得到：

采用溫度標定用的加熱線圈對葉片和輪盤的裝配件進行感應加熱，并進行葉片考核指標調試以得到葉片考核部位溫度達標時的加熱功率、葉片的最高溫度和最低溫度，然后，分別針對葉片和輪盤上的某一點同時采用熱電偶和紅外進行測溫，分別得到在葉片的最低溫度到最高溫度的范圍內的多個溫度值下以及在輪盤的最低溫度到最高溫度的范圍內的多個溫度值下，紅外測溫結果相對于熱電偶測溫結果的差值，從而分別得到葉片上和輪盤上的紅外測溫相對于熱電偶測溫在不同溫度值下的對應修正值。

5.如權利要求4所述的航空發動機葉片疲勞試驗中對轉子溫度場進行修正的方法，其特征在于，所述加熱區和非加熱區的交界位置基于以下內容得到：

在徑向距離葉片尖端的4mm處開始劃線以標記葉身等截面線，往葉根方向每間隔2mm畫一道標記線，直至徑向距離葉片尖端16mm處，當完成葉片考核指標調試后保持加熱功率不變，用紅外測溫儀沿標記線進行紅外測溫，測試順序由葉片尖端往葉根方向依次選擇標記線，且每根標記線從進氣方向往排氣方向均勻掃描至少5個測點，記錄各個測點的溫度數據，若當前選擇的標記線中各測點之間的溫度差異超過閾值，則往葉根方向再移動一根標記線進行溫度測量，直至某一標記線中各測點之間的溫度變化不超過閾值時，則記錄該標記線與葉片尖端的距離，該標記線所處截面即為葉片的加熱區和傳熱區的邊界。