一種航空發(fā)動機振動控制實驗平臺的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及發(fā)動機實驗裝置，特別涉及一種航空發(fā)動機實驗平臺。
【背景技術】
[0002]航空發(fā)動機作為飛行器的動力裝置，是衡量一個國家動力研發(fā)、制造水平的關鍵，是大國實力的重要標志，其相關技術研究具有極高的政治、經濟和軍事價值。近年來對發(fā)動機性能要求不斷提高，發(fā)動機零部件的載荷大幅度增加，導致振動問題非常突出，振動控制成為航空發(fā)動機重要研究項目之一。
[0003]航空發(fā)動機振動控制技術的研究需要相應實驗平臺的支撐，現有實驗平臺一般面向航空發(fā)動機局部構建，適用于單一因素的逐一研究。在經過了多年的積累后，急需可全面反映振動噪聲各種誘因的實驗平臺用于振動噪聲控制的相關研究，尤其是在國家大力推進軍民融合新形勢下，更多單位涉足航空領域，急需此類實驗平臺的支撐?，F有用于航空發(fā)動機振動控制研究的實驗平臺將航空發(fā)動機簡化為不同形式的轉子系統(tǒng)，用于各種單一或這些少數因素下航空發(fā)動機動態(tài)響應特性研究，對推進高性能航空發(fā)動機技術的發(fā)展起過重要作用，積累了大量優(yōu)秀成果，但已不能滿足更進一步的，與航空發(fā)動機實際運行更吻合和的，多因素耦合振動響應特性研究需求。本發(fā)明披露的一種航空發(fā)動機振動控制實驗平臺為真實航空發(fā)動機的改造利用，可用于多因素耦合振動響應特性與控制研究。

【發(fā)明內容】

[0004]針對上述情況，本發(fā)明的目的就在于克服現有技術存在的缺點和不足，提供了一種航空發(fā)動機振動控制實驗平臺，該實驗平臺能反映航空發(fā)動機在機動飛行條件下高低壓雙轉子系統(tǒng)的振動真實情況;并且整體結構與航空發(fā)動機的真實結構一致，只是對發(fā)動機的部分結構進行改造，改造成本較低，改造難度不高，易于普及推廣。
[0005]—種航空發(fā)動機振動控制實驗平臺，該實驗平臺包括實驗臺基座，以及固定在實驗臺基座上的航空發(fā)動機本體、驅動系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和安全防護裝置;所述驅動系統(tǒng)的第一驅動電機經第一聯軸器將動力傳遞給航空發(fā)動機本體的低壓轉子系統(tǒng)，所述驅動系統(tǒng)的第二驅動電機經第二聯軸器和航空發(fā)動機本體的附件傳動系統(tǒng)將動力傳遞給航空發(fā)動機本體的高壓轉子系統(tǒng)，所述第一驅動電機和/或第二驅動電機的電機輸出軸，以及航空發(fā)動機的低壓轉子系統(tǒng)和高壓轉子系統(tǒng)上設有電容式位移傳感器，航空發(fā)動機5個支撐軸承所對應的2級機匣、3級機匣、6級機匣、燃燒室機匣以及高壓渦輪機匣上設有三向振動加速度傳感器。
[0006]所述航空發(fā)動機本體為拆除了加力燃燒室和尾噴管部分的航空發(fā)動機。
[0007]為實現結構優(yōu)化，進一步的措施:該實驗平臺的航空發(fā)動機本體的支撐方式是通過機匣上的四個懸掛點懸掛安裝在實驗臺基座上。
[0008]為了方便觀察航空發(fā)動機的內部結構和各部件的安裝關系，對所述的航空發(fā)動機本體的I級機匣、4級機匣、燃燒室機匣、燃燒室內套、燃燒室外套、隔熱屏、加力燃燒室擴壓器外壁進行1/8剖切形成觀測窗。
[0009]所述驅動系統(tǒng)的第一驅動電機通過拆掉壓氣機前端的整流罩，然后通過第一聯軸器連接低壓轉子系統(tǒng)來驅動低壓轉子;所述驅動系統(tǒng)的第二驅動電機通過更換航空發(fā)動機中附件傳動系統(tǒng)中的啟動電機驅動高壓轉子系統(tǒng)。
[0010]所述測控系統(tǒng)包括電機控制柜、電容式位移傳感器、三向振動加速度傳感器、數據采集系統(tǒng)、PC機和連接線。
[0011]所述的驅動系統(tǒng)中的第一驅動電機和/或第二驅動電機的啟停和轉身由測控系統(tǒng)的電機控制柜變頻控制。
[0012]該實驗平臺的航空發(fā)動機本體和驅動系統(tǒng)設置于安全防護裝置內，測控系統(tǒng)的電機控制柜設置于安全防護裝置外。
[0013]本發(fā)明相比現有技術所產生的有益效果:
(I)本發(fā)明可以在航空發(fā)動機的原型機或量產機本體上進行改造制得，各轉子部件的尺寸和安裝位置均和實際情況保持一致，有效避免了因形式差異而造成的實驗結果失效；
(Π)本發(fā)明整體結構科學合理，改造難度不大，改造成本較低，無環(huán)境污染，易于普及推廣；
(m)本發(fā)明所述的低壓轉子系統(tǒng)和高壓轉子系統(tǒng)上設有電容式位移傳感器可用來測量轉軸的徑向跳動和軸向跳動，在各軸承對應位置的機匣上設有三向振動加速度傳感器用來測量系統(tǒng)的振動，可以更好的了解發(fā)動機實際運行的情況，便于更全面的對發(fā)動機中的關鍵部件進行振動監(jiān)測，為航空發(fā)動機多因素下振動演化過程及振動控制研究提供了很好的實驗條件；
(IV)本發(fā)明對發(fā)動機局部進行剖切，便于我們觀察發(fā)動機的各零部件的結構特點，各零部件之間的結構關系，展示實驗平臺具備的雙轉子旋轉功能、雙轉子轉差功能，以及各功能部件的工作狀況。
[0014]本發(fā)明廣泛適用于航空發(fā)動機雙轉子結構的振動特性分析、振動控制及狀態(tài)監(jiān)測研究。
[0015]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的實驗臺結構主視圖；
圖2為本發(fā)明的實驗臺結構俯視圖；
圖3為本發(fā)明的實驗臺結構右視圖；
圖4為本發(fā)明中航空發(fā)動機結構示意圖；
圖5為本發(fā)明中航空發(fā)動機機匣局部剖切結構示意圖；
圖6為本發(fā)明支撐結構的俯視圖；
圖7為本發(fā)明傳感器安裝的主視圖；
圖8為本發(fā)明實驗臺的結構框圖；
圖9為本發(fā)明測控系統(tǒng)框圖。
[0017]圖中:1.航空發(fā)動機本體;3.安全防護裝置;5.實驗臺基座;6.第一聯軸器;7.第二聯軸器;8.電容式位移傳感器;9.三向振動加速度傳感;10.懸掛點；11.低壓轉子系統(tǒng)；12.高壓轉子系統(tǒng);21.第一驅動電機;22.第二驅動電機;41.電機控制柜。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，一種航空發(fā)動機振動控制實驗平臺，該實驗平臺由航空發(fā)動機本體1、驅動系統(tǒng)、安全防護裝置3、測控系統(tǒng)與實驗臺基座5五大部分組成。
[0019]所述驅動系統(tǒng)包括第一驅動電機21、第一聯軸器6、第二驅動電機22和第二聯軸器7;所述的驅動系統(tǒng)中的第一驅動電機21經第一聯軸器6連接將動力傳遞給航空發(fā)動機本體I的低壓轉子系統(tǒng)11，驅動系統(tǒng)的第二驅動電機22經第二聯軸器7和航空發(fā)動機本體I中的附件傳動系統(tǒng)將動力傳遞給航空發(fā)動機本體I的高壓轉子系統(tǒng)12;所述的驅動系統(tǒng)與航空發(fā)動機本體I順序連接固定在實驗臺基座5上。作為一種較好的實驗平臺方案，內轉子經第一聯軸器與第一驅動電機相連，外轉子經皮帶輪、第二聯軸器與第二驅動電機相連，本質上還是對航空發(fā)動機關鍵結構的模擬，與實際結構還是存在較大差異，外轉子經皮帶輪、第二聯軸器與第二驅動電機相連，動力傳遞穩(wěn)定性差。本發(fā)明披露的一種航空發(fā)動機振動控制實驗平臺的航空發(fā)動機本體為拆除了加力燃燒室和尾噴管的真實航空發(fā)動機，基于其實際結構開展振動特性與控制研究，完全符合實際需求;驅動系統(tǒng)的第二驅動電機經第二聯軸器和航空發(fā)動機本體的附件傳動系統(tǒng)將動力傳遞給高壓轉子系統(tǒng)，結構更緊湊、穩(wěn)定性更好?？稍谕艘酆娇瞻l(fā)動機或者原型機的基礎上改造，既環(huán)保，又進一步節(jié)約了成本。
[0020]所述測控系統(tǒng)包括電機控制柜41、電容式位移傳感器8、三向振動加速度傳感器9、數據采集系統(tǒng)、PC機和連接線。電機控制柜41中設置有控制系統(tǒng)和顯示器，電容式位移傳感器8和三向振動加速度傳感器9屬于采集部分，采集部分的信號輸出端通過濾波器濾波后連接控制系統(tǒng)的信號輸入端，控制系統(tǒng)的信號輸出端連接顯示器的信號輸入端，采集部分將信號輸送至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)處理后，將相應數據顯示在顯示器上，或者將信號輸出。
[0021]參照附圖，所述航空發(fā)動機本體I為對加力燃燒室和尾噴管部分進行了拆除的真實航空發(fā)動機組件。本發(fā)明的航空發(fā)動機本體I的結構主要包括低壓轉子系統(tǒng)11和高壓轉子系統(tǒng)12，低壓轉子系統(tǒng)11由三級低壓壓氣機、低壓轉子和一級低壓渦輪組成，高壓轉子系統(tǒng)12由三級高壓壓氣機、高壓轉子和一級高壓渦輪組成，低壓軸穿過空心的高壓軸形成雙轉子系統(tǒng)。優(yōu)選的，航空發(fā)動機的低壓轉子和高壓轉子上設有電容式位移傳感器8。整個雙轉子系統(tǒng)由5個軸承支撐，在2級低壓壓氣機處由前支撐軸承支撐，在2級高壓壓氣機處安裝有中介軸承支撐，在三級高壓壓氣機后安裝有兩個滾子軸承支撐，在高壓渦輪前端有后支撐軸承，在高壓渦輪和低壓渦輪之間有滾棒軸承支撐;參照圖4，在雙轉子的外面有各級機匣支撐，主要有I級機匣1、2-3級機匣Π、4級機匣ΙΠ、5級機匣IV、6級機匣V、燃燒室機匣V1、高壓渦輪機匣W、低壓渦輪機匣砸、加力燃燒室擴壓器機匣IX、加力燃燒室機匣X和尾噴管機匣XI。
[0022]為了便于我們觀察發(fā)動機的各零部件的結構特點，各零部件之間的裝備關系，展示實驗平臺具備雙轉子旋轉功能、雙轉子轉差功能，以及各功能部件的工作狀況，如圖5所示，對航空發(fā)動機本體I的I級機匣1、4級機匣ΙΠ、燃燒室機匣V1、燃燒室內套、燃燒室外套、隔熱屏、加力燃燒室擴壓器外壁進行1/8剖切;對航空發(fā)動機的加力燃燒室和尾噴管部分進行拆除，把改造后的航空發(fā)動機通過航空發(fā)動機本體I機匣上的四個懸掛點10懸掛安裝在實驗臺基座5上。發(fā)動機依靠起動機啟動，起動機的動力來源于起動電機，需要通過附件傳動系統(tǒng)來傳輸，起動機起動后，通過附件傳動系統(tǒng)為附件提供動力，起動機、發(fā)動機附件、超越離合器均與附件傳動系統(tǒng)的工作狀況密切相關。在燃氣渦輪發(fā)動機上，有許多附件需要由發(fā)動機的燃氣渦輪帶動，附件傳動系統(tǒng)的功用就是將渦輪的軸功率傳遞給各個附件，并滿足各附件對轉速、轉向和功率的要求。附件傳動系統(tǒng)一般包括附件傳動機匣和附件傳動機構。附件機匣直接安裝在發(fā)動機上，附件傳動機構在附件機匣內，它包括圓柱齒輪系以及各種形式的離合器，雙轉子燃氣渦輪發(fā)動機的附件安置采用集中與分散相結合的原則，大多數附件集中安裝在專門附