航空发动机转子试验台突加不平衡的加载装置及试验方法与流程

本发明涉及航空发动机领域，特别是涡扇发动机风扇叶片突加不平衡试验的装置。

背景技术：

航空发动机作为飞机的“心脏”，其安全性和可靠性一直是人们关注的重点，对于民用涡扇发动机，一旦遭到外物(如飞鸟、石块、金属零件等)撞击，很有可能发生风扇叶片脱落现象，甚至出现非包容事件，严重影响发动机的正常工作，对生命和财产造成致命的威胁。

叶片丢失后，转子系统动力特性的变化一直是科研人员研究的重点，而进行转子系统突加不平衡试验研究则是一种有效的技术手段，在试验台上准确的模拟突加不平衡激励是研究转子系统突加不平衡响应的先决条件。

以往的研究中，突加不平衡往往通过局部横截面减少的甩块施加，当达到一定转速时，甩块截面减少处在离心力作用下发生断裂，从而模拟实际的叶片丢失。但上述方法一是要求甩块横截面减少处的加工精度较高，二是需要特定的安全措施能够包容断裂的甩块，三是断裂转速的控制比较困难，因此，一种结构简单、成本低廉、安全性较好并且能够准确控制叶片飞脱时的转速和不平衡量的的不平衡加载转置具有重要意义。

技术实现要素：

本发明提出了一种航空发动机转子试验台突加不平衡的加载装置，解决的技术问题为克服现有技术的试验装置中存在的结构复杂、安全性较差、转速控制精度较低等不足。

为了达到上述目的，本发明中航空发动机转子试验台突加不平衡的加载装置采用如下技术方案：

一种航空发动机转子试验台突加不平衡的加载装置，包括转轴、承载转轴的座体、安装在转轴上且与转轴同轴转动的轮盘、胶棒、同样安装在转轴上并与转轴同轴的导电滑环、与导电滑环电连接的碳刷；所述轮盘的一个圆形面上安装有胶棒固定装置及电热片，所述胶棒安装在该胶棒固定装置上，胶棒固定装置包括底座及限制胶棒在底座上的限位装置，胶棒面向转轴的一端连接有连接线，该连接线一头固定在胶棒上而另一头固定在转轴或轮盘上；胶棒的轴向与转轴的径向同向；所述电热片安装在连接线下方，当电热片加热后，连接线被烧断。

有益效果：本发明提供的航空发动机转子试验台突加不平衡的加载装置结构简单，在转子系统的轮盘上通过预设胶棒作为提供突加不平衡激励的工具。当转轴转速达到指定转速时，碳刷外部接通电源，电热片发热将连接线烧断，胶棒在离心力作用下飞脱，实现对转子系统的突加不平衡激励。由于此时转轴的速度是可控的，而不平衡量也可以通过选择不同类型的胶棒而实现可控，从而能够较精确的模拟转子试验台突加不平衡的试验。同时，由于胶棒及连接线结构简单且安装方便，使得实验室内进行大量低成本、可重复强的突加不平衡试验成为可能，可为研究航空发动机叶片飞失、断裂试验脱落提供更多试验验证。

进一步的，轮盘上还安装有配重，所述胶棒固定装置安装在轮盘一个圆形面的边缘，配重安装在胶棒的对称位置。

进一步的，碳刷与导电滑环铜环接触，碳刷接线端连接变压插头。

进一步的，所述座体中包括一个挠度限制器基座，所述导电滑环安装在转子轴径上，位于轮盘与挠度限制器基座之间，靠近挠度限制器基座；所述碳刷固定在挠度限制器基座上。

而上述加载装置的试验方法可采用以下技术方案：

转轴及轮盘作为转子系统，试验时，驱动转轴转动，当转轴转速达到指定转速时，碳刷外部接通电源，电热片发热将连接线烧断，胶棒在离心力作用下飞脱，实现对转子系统的突加不平衡激励，在飞脱时，胶棒飞脱方向为沿轮盘径向方向。

附图说明

图1是本发明突加不平衡加载装置示意图；

图2是陶瓷电热片、胶棒固定装置及配重在轮盘安装位置示意图；

图3是导电滑环与碳刷在转子系统安装位置示意图；

图4是胶棒及其固定装置示意图；

图5是轮盘在突加不平衡量分别为30g·cm及150g·cm瞬态响应。

具体实施方式

本发明公开了一种航空发动机转子试验台突加不平衡的加载装置，包括转轴1、承载转轴的座体2、安装在转轴上且与转轴同轴转动的轮盘3、胶棒4、同样安装在转轴上并与转轴同轴的导电滑环5、与导电滑环5电连接的碳刷6。

所述轮盘的一个圆形面上安装有胶棒固定装置7及电热片8，所述胶棒安装在该胶棒固定装置上，胶棒固定装置7包括底座71及限制胶棒4在底座71上的限位装置72(在本实施方式中，所述限位装置72为固定金属环)。胶棒4面向转轴1的一端连接有连接线41，该连接线41一头固定在胶棒4上而另一头固定在转轴1或轮盘3上，并根据胶棒重量和位置在轮盘对应位置安装配重9。碳刷6与导电滑环5的铜环接触。碳刷6接线端连接变压插头(未图示)。所述座体中包括一个挠度限制器基座10，所述导电滑环5安装在转轴1轴径上，位于轮盘3与挠度限制器基座10之间且靠近挠度限制器基座10。所述碳刷6固定在挠度限制器基座10上。所述导电滑环5应与转轴1轴径紧配合，以保证转轴1转动时不会和导电滑环5发生相对滑动；所述碳刷应具有较好的弹性，以较少对转子系统动力特性的影响。

胶棒4的轴向与转轴1的径向同向，即胶棒4在胶棒固定装置7中能够沿其轴线方向自由滑动，以使连接线41烧断后，胶棒4在离心力作用下能够飞脱。所述电热片8安装在连接线下方，当电热片8加热后，连接线41被烧断。所述胶棒固定装置7安装在轮盘3一个圆形面的边缘，配重9安装在胶棒4的对称位置。

转轴1及轮盘3作为转子系统，试验时，驱动转轴1转动，当转轴1转速达到指定转速时，碳刷6外部接通电源，电热片8发热将连接线41烧断，胶棒4在离心力作用下飞脱，实现对转子系统的突加不平衡激励，在飞脱时，胶棒4飞脱方向为沿轮盘3径向方向。

本发明胶棒飞脱方向为沿轮盘径向方向，且转子系统无外界的动力冲击，不会引入额外的动能，与真实情况较为接近。

本发明胶棒时的转速控制可以非常精确，另外可以精确的控制不平衡量，且操作简单、成本较低、安全性较好；

本实施例应用在一种模拟转子试验台上，部分测试结果如图5所示，分别为突加不平衡量为30g·cm及150g·cm时轮盘轴心的瞬态响应。

本发明可为航空发动机叶片飞失、断裂试验及测试提供了关键性技术，使得实验室内进行大量低成本、可重复强的突加不平衡试验成为可能，可为研究风扇叶片脱落研究提供了更多的试验验证，为模拟试验提供了思路和方法。

应当指出，本发明具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种航空发动机转子试验台突加不平衡的加载装置，导电滑环安装在转子轴径上，碳刷固定在挠度限制器基座上；陶瓷电热片固定在轮盘上，并通过导线与导电滑环两极连接；将胶棒及其固定装置安装在轮盘边缘，并保证胶棒能够沿其轴线方向自由滑动，利用细线将胶棒与转子轴径连接，并保证细线与陶瓷电热片电热丝接触。当转子达到指定转速时，碳刷外部接通电源，电热丝发热将细线烧断，胶棒在离心力作用下飞脱，飞脱方向为沿轮盘径向方向，且转子系统无外界的动力冲击，不会引入额外的动能，与真实情况较为接近。另外，飞脱时的转速和不平衡量可以精确控制，并具有结构简单、成本低廉、安全性较好等优点。

技术研发人员：罗贵火;郑楠;王飞;凤朝军;韩佳奇
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2018.12.05
技术公布日：2019.04.05