[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

本發明公開了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，其采用了熱電偶測溫與紅外測溫相結合的方式進行溫度測點布置，可以在有限的空間內獲得更多的溫度標定測溫數據，有利于提高溫度標定結果的準確度，并且考慮了轉子在旋轉狀態下的徑向變形，對加熱線圈到葉片尖端的徑向距離進行了調整，并采用溫度標定和傳熱分析得到的溫度場進行應力分析，從而得到試驗轉速進行葉片疲勞試驗，從加熱線圈的結構設計、加熱功率和試驗轉速三個方面對葉片疲勞試驗的轉子溫度場進行了修正，大大提升了葉片疲勞試驗的準確性和可靠性。

技術領域

本發明涉及航空發動機葉片疲勞試驗技術領域，特別地，涉及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。

背景技術

在正式開始航空發動機葉片疲勞試驗前，需要對轉子(包括葉片和輪盤)進行溫度標定，現有溫度標定方法是直接對非旋轉狀態轉子進行溫度標定，然后近似等效為試驗狀態轉子溫度場。然而，在葉片疲勞試驗中，由于受到熱膨脹和旋轉離心力的影響，試驗轉子會發生明顯徑向變形，對于通過電磁感應加熱葉片的方式，非旋轉狀態試驗轉子和旋轉狀態試驗轉子由于不同的變形，導致電磁感應加熱效果不一致，從而導致溫度標定的葉片、輪盤溫度場數據與實際試驗狀態的加熱效果存在誤差；而且，目前用于葉片疲勞試驗的溫度標定方案只能指導傳熱分析時葉片考核部位的溫度，對葉尖加熱區溫度分布和葉片考核附近溫度分布缺少針對性的布點方案設計，導致溫度標定結果對傳熱分析的指導效果欠佳，尤其是葉片考核部位溫度梯度模擬的誤差會直接影響試驗轉速計算的準確性，進而影響葉片疲勞試驗的有效性。同時，在傳熱分析中，采用的葉片單一熱傳導率導致葉片頂部最高溫度失真以及葉片考核部位區域溫度梯度模擬失真，即便是采用分區設置熱傳導率進行傳熱分析，由于加熱區與傳熱區的界限未明確，會導致葉身溫度分布模擬存在誤差。

綜上所述，目前在葉片疲勞試驗中由于溫度標定方法、加熱結構設計、傳熱分析以及試驗轉速計算等過程中因設計方法考慮不足累積的誤差，最終會讓葉片疲勞試驗的有效性大大降低。研究發現，對于考核部位溫度較高的短渦輪葉片，這種誤差是不可接受的。在開展某型航空發動機葉片疲勞試驗過程中，溫度標定時葉片考核部位溫度達標時的加熱功率要明顯大于試驗狀態所需的加熱功率，由此可知葉片疲勞試驗用溫度標定的加熱功率屬于過考核，且得到的溫度場數據也不能代表試驗狀態的真實溫度場，由溫度標定而來的試驗轉速也是不準確的。

發明內容

本發明提供了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，以解決目前在葉片疲勞試驗中由于溫度標定方法、加熱結構設計、傳熱分析以及試驗轉速計算等過程存在的不足，從而導致葉片疲勞試驗的準確性、有效性較差的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供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，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；