一種用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于獲得噪聲激勵下發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的靜態(tài)試驗方法，使用行波聲場模擬噪聲激勵，使用葉根頂緊力方法模擬轉(zhuǎn)速引起的葉根力邊界，使用動態(tài)應變測試手段獲得轉(zhuǎn)子葉片最大振動應力部位的最大均方根主應力。該方法可以對轉(zhuǎn)子葉片在噪聲激勵下、各固定物理轉(zhuǎn)速下的振動應力進行測試，可方便考慮葉片的噪聲激勵方向，試驗成本較低，避免了葉片在旋轉(zhuǎn)情況下進行噪聲激勵試驗所帶來的諸多問題，如需要大功率電機驅(qū)動，需要昂貴的環(huán)形電刷引出應變信號，也避免了旋轉(zhuǎn)情況下聲場難以控制的問題。
【專利說明】一種用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)強度領(lǐng)域，具體涉及一種用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振 動應力的靜態(tài)試驗方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片是航空發(fā)動機關(guān)鍵零部件之一，其工作條件惡劣，轉(zhuǎn)子葉片不僅 高速旋轉(zhuǎn)時所承受的離心負荷大，葉尖速度高，而且處于流場、溫度場、聲場等多場耦合的 復雜工作環(huán)境下，導致其靜應力、動應力水平都比較高。振動應力為轉(zhuǎn)子葉片工作時主 要應力狀態(tài)之一，其中轉(zhuǎn)子葉片的振動應力主要來自于氣流擾動、噪聲激勵或葉盤傳遞 的振動等。如文獻陶春虎等編著，航空發(fā)動機轉(zhuǎn)動部件的失效與預防，國防工業(yè)出版社， ISBN978-7-118-02146-2在介紹轉(zhuǎn)子葉片的振動類型及其特征時指出，"隨機激振在各個頻 率下都有激振力，這些激振力作用在葉片上，會引起葉片普遍的強迫振動，而在某幾個頻率 下引起共振。這幾個頻率就是葉片的自振頻率，隨機激振力是隨時間變化的，因而葉片振動 也是隨時間變化，稱為隨機振動。其激振源是強大的噪聲，故又將由此引起的葉片疲勞稱為 噪聲疲勞，噪聲源是葉片對氣流的干擾和氣流燃燒。噪聲愈大，激振力愈強，葉片受損可能 性愈大"。
[0003] 測試發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片在噪聲激勵下振動應力顯得非常重要，而在發(fā)動機開機狀態(tài) 下測試噪聲激勵導致的振動應力試驗成本高，需要大功率電機驅(qū)動，需要昂貴的環(huán)形電刷 引出應變信號，同時，試驗難度大，旋轉(zhuǎn)情況下聲場難以控制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動 應力的方法，用于獲得噪聲激勵下發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的靜態(tài)試驗方法。使用該方法 可以在轉(zhuǎn)子葉片不轉(zhuǎn)動情況下測試轉(zhuǎn)子葉片在要求的噪聲譜、聲激勵方向、物理轉(zhuǎn)速下的 振動應力，具體包括如下步驟：
[0005] S1、使用行波聲場模擬噪聲激勵；
[0006] S2、使用葉根頂緊力方法模擬轉(zhuǎn)速引起的葉根力邊界，并依據(jù)所述葉根力邊界將 轉(zhuǎn)子葉片試驗件安裝在夾具上；
[0007]S3、使用動態(tài)應變測試手段獲得轉(zhuǎn)子葉片最大振動應力部位的最大均方根主應 力。
[0008] 優(yōu)選的是，在所述步驟Sl中，通過行波管設(shè)計和聲場閉環(huán)控制滿足試驗對噪聲譜 的要求，通過安裝夾具設(shè)計滿足試驗對噪聲激勵方向的要求。
[0009] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述步驟S2具體如下：
[0010] S201、標定螺栓的擰緊力矩與頂緊力的關(guān)系；
[0011] S202、計算物理轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子葉片對應的離心力，所述轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力 形成葉根力邊界；
[0012] S203、由所述葉根力邊界結(jié)合步驟S201得到的擰緊力矩與頂緊力的關(guān)系，得到試 驗要求的物理轉(zhuǎn)速應施加的擰緊力矩；
[0013] S204、通過定力扭矩扳手按照所述擰緊力矩將轉(zhuǎn)子葉片試驗件安裝在夾具上。
[0014] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，在所述步驟S3中，包括在轉(zhuǎn)子葉片的振動應力最大 部位粘貼一應變花用來測量轉(zhuǎn)子葉片的應力。
[0015] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，通過動態(tài)應變儀對振動應力進行測量。
[0016] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，通過以下公式計算測試點的最大均方根主應力，

【權(quán)利要求】
1. 一種用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的方法，其特征在于包括以下步驟： 51、 使用行波聲場模擬噪聲激勵； 52、 使用葉根頂緊力方法模擬轉(zhuǎn)速引起的葉根力邊界，并依據(jù)所述葉根力邊界將轉(zhuǎn)子 葉片試驗件安裝在夾具上； 53、 使用動態(tài)應變測試手段獲得轉(zhuǎn)子葉片最大振動應力部位的最大均方根主應力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的方法，其特征在于：在 所述步驟S1中，通過行波管設(shè)計和聲場閉環(huán)控制滿足試驗對噪聲譜的要求，通過安裝夾具 設(shè)計滿足試驗對噪聲激勵方向的要求。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的方法，其特征在于：所 述步驟S2具體如下： 5201、 標定螺栓的擰緊力矩與頂緊力的關(guān)系； 5202、 計算物理轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)子葉片對應的離心力，所述轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力形成 葉根力邊界； 5203、 由所述葉根力邊界結(jié)合步驟S201得到的擰緊力矩與頂緊力的關(guān)系，得到試驗要 求的物理轉(zhuǎn)速應施加的擰緊力矩； 5204、 通過定力扭矩扳手按照所述擰緊力矩將轉(zhuǎn)子葉片試驗件安裝在夾具上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的方法，其特征在于：在 所述步驟S3中，包括在轉(zhuǎn)子葉片的振動應力最大部位粘貼一應變花用來測量轉(zhuǎn)子葉片的 應力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的方法，其特征在于：通 過動態(tài)應變儀對振動應力進行測量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于獲得發(fā)動機轉(zhuǎn)子葉片振動應力的方法，其特征在于：在 所述步驟S3中，通過以下公式計算測試點的最大均方根主應力，
其中，分別為轉(zhuǎn)子葉片最大振動應力部位0°、90°和45°方向的均方根應變 值，E為轉(zhuǎn)子葉片材料的彈性模量。
【文檔編號】G01M13/00GK104483119SQ201410775119
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月15日
【發(fā)明者】王琰, 郭定文, 王秋蓉, 黃文超 申請人:中國飛機強度研究所