[發明專利]基于空氣介質的發動機機匣高溫高壓強度試驗系統及方法

在審

• 申請號: 202310074359.2
• 申請日: 2023-01-20
• 公開（公告）號: CN116202755A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 徐健;由于;張偉;高翔;唐梓輝;朱曉兵;高曉紅
• 申請（專利權）人: 中國飛機強度研究所
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01M15/14;G01M15/02
• 代理公司: 北京航信高科知識產權代理事務所(普通合伙) 11526
• 代理人: 高原

本申請屬于航空發動機環境模擬技術領域，特別涉及一種基于空氣介質的發動機機匣高溫高壓強度試驗系統及方法。系統包括：常溫高壓空氣子系統，主要用于提供試驗所用的常溫高壓空氣；高溫高壓空氣子系統，主要用于提供試驗所用的高溫高壓空氣；冷熱空氣摻混子系統，主要為了實現溫度載荷快速加、卸載速率，進而提升試驗效率；溫壓載荷測控子系統，主要用于實現發電機機匣溫度載荷和壓力載荷的精確測量和協調控制。本申請的基于空氣介質的發動機機匣高溫高壓強度試驗系統，能夠實現試驗條件下發動機機匣結構高溫高壓載荷環境的真實模擬，能夠滿足發動機機匣在實際工作載荷量級下的強度試驗驗證需求。

技術領域

本申請屬于航空發動機環境模擬技術領域，特別涉及一種基于空氣介質的發動機機匣高溫高壓強度試驗系統及方法。

背景技術

機匣是航空發動機中的主要零部件之一，起支承轉子和固定靜子的作用，并且機匣與其他部件一起構成發動機的氣流通道，發動機的推力也通過機匣傳到飛機上。因此，機匣是發動機的重要承力和傳力部件。同時，作為航空發動機熱端部件，渦輪機匣和燃燒室機匣還工作高溫燃氣環境中，溫度載荷引起的熱應變和蠕變也是機匣疲勞壽命需要考慮的。正是由于機匣所受的載荷復雜，航空發動機在實際使用中，由于低循環疲勞、高循環疲勞、熱應力和蠕變等原因造成的靜子機匣裂紋、變形等故障時有發生，給發動機正常運行帶來了嚴重的隱患。而國內缺乏機匣類部相關試驗驗證，特別是高溫高壓環境下試驗技術和能力。此外，從發動機機匣結構設計、初始飛行前以及設計定型階段，在航空發動機各類標準規范和適航條例均對航空發動機機匣結構的溫度和壓力工作環境做出了相關規定，并明確了機匣高溫高壓強度試驗驗證對于發動機設計和研制的重要程度。同時，由于我國當前航空發動機型號研制處于快速發展時期，對機匣類部件提出了大量的強度試驗驗證需求。因此，無論是適航條例和標準規范規定要求，還是型號研制需求，都亟開展機匣類部件高溫高壓強度試驗系統研制和方法研究，以滿足當前機匣高溫高壓強度試驗驗證的需求，助力我國軍民用航空發動機的研制。

現有技術中，一般采用以下方式實現機匣類部件高溫高壓強度試驗：1)通過電阻絲加熱帶實現機匣內表面溫度載荷施加，利用水囊實現機匣壓力載荷的模擬。但受限于電阻絲加熱帶本身的加熱能力，溫度載荷加載能力有限，且溫度加載均勻性較差；2)基于石英燈利用輻射加熱方式進行機匣內表面溫度加載，通過高壓空氣實現機匣壓力載荷模擬；但由于石英燈暴露于高壓空氣中，導致壓力載荷加載能力受限；3)使用石墨加熱器進行機匣溫度載荷模擬，利用高壓氮氣實現機匣壓力載荷加載。其存在石墨加熱器電極易氧化和石墨加熱器設計較難等問題。此外，上述試驗方法中存在的共性問題為：無法較為真實地模擬機匣實際空氣工作環境，且無法滿足機匣在實際工作載荷量級下的強度試驗驗證需求。

因此，希望有一種技術方案來克服或至少減輕現有技術的至少一個上述缺陷。

發明內容

本申請的目的是提供了一種基于空氣介質的發動機機匣高溫高壓強度試驗系統及方法，以解決現有技術存在的至少一個問題。

本申請的技術方案是：

本申請的第一個方面提供了一種基于空氣介質的發動機機匣高溫高壓強度試驗系統，包括：

常溫高壓空氣子系統，包括第一管路以及由所述第一管路的第一端至第二端依次設置的第一空壓機、第一油氣分離器、第一干燥器、第一儲氣罐；

高溫高壓空氣子系統，包括第二管路以及由所述第二管路的第一端至第二端依次設置的第二空壓機、第二油氣分離器、第二干燥器、第二儲氣罐、空氣加熱器；

冷熱空氣摻混子系統，包括第三管路、第四管路以及由所述第三管路的第一端至第二端依次設置的溫度摻混器、發動機機匣試驗模塊、排氣塔，其中，所述溫度摻混器分別連接所述第一管路的第二端、所述第二管路的第二端以及所述第四管路的第一端，所述第四管路的第二端連接所述排氣塔；

溫壓載荷測控子系統，包括PLC控制器以及設置在所述第一管路、第二管路、所述第三管路以及所述第四管路上的多個測控單元。