高转速小尺寸涡轮叶片动应力测量方法与应用

根据小推力发动机涡轮叶片动应力测量试验要求,提出了一种基于引电器的高温环境旋转件动应力测量系统方案,以实现高温度条件下高转速、小尺寸涡轮叶片的动应力测量。详细阐述了测量系统组成及关键技术,并利用该系统完成了高压涡轮叶片的动应力测量,试验过程中,测试系统工作稳定,信号频率跟随性良好。试验结果表明,该型发动机转速在34920r/min时叶片振动应力达到112.7MPa,会带来涡轮叶片的高循环疲劳损伤。

基于遥测技术的发动机涡轮转子叶片动应力测量

根据某型发动机涡轮叶片动应力测量试验要求,提出了一种基于遥测技术的高温动应力测量系统方案,并重点介绍了测量系统组成、工作原理及系统标定。利用该测量系统,成功获取了发动机涡轮叶片动应力数据。整个试验过程中,遥测系统工作正常,表现出良好的冷却效果、电源稳定性和信号频率跟随性。试验结果表明,该型发动机在特定转速区间内存在窄频带共振,振幅水平较高,具有明显的破坏性,结果可信。

基于应力解除理论的三维采动应力测量模拟分析

为更好测量采动围岩三维应力大小,较全面获得巷道开挖过程中的采动围岩三维应力张量变化情况,采用应力解除理论方法监测采动应力,通过ANSYS建模对真实巷道工作面开挖推进中测点采动应力钻孔测量进行有限元模拟。得出测点在巷道开挖推进过程中三维采动应力变化分布情况,并分析应力解除法理论模型应用于原岩应力与采动应力测量不同时段误差情况,得出采动开挖阶段,受应力分布差异,误差较大,并具有一定规律性。

航空发动机低压涡轮转子叶片动应力测量方案设计

针对发动机结构特点和低压涡轮转子叶片动应力测量要求,提出一种基于应变片和遥测技术的低压涡轮转子叶片动应力测量方案。在不改变发动机振动激振因素的情况下,该方案通过整机结构改装设计,解决了测试系统布置、冷却方案设计、应变片走线和改装转子动力学评估等问题。相比于应变片+引电器测量方案,该动应力测量方案具有改装结构小、冷却方案简单、应变片存活率高、验证成本低等优势。通过在发动机上开展的专项动应力测量试验,验证了设计的动应力测量方案的可行性,为低压涡轮转子叶片动应力和阻尼效果的评估提供了试验数据。可为开展整机环境下低压涡轮转子温度场测量等提供技术支持。

压气机叶片动应力测量标定试验方法

提出了一种提高压气机叶片动应力测量准确度的方法,即在发动机叶片装配前,对已完成应变计粘贴的测试叶片开展动应力测量标定试验,获取试验应变计输出值与叶片各阶振动最大模态应变区域的敏感度,试验结果可用于指导发动机试车时叶片动应力限制值的设置,从而更准确地监控叶片的振动安全状态。对比分析了直接应力法和af强度法(振幅a和振动频率f的乘积)两种试验方法的优缺点。基于直接应力法,针对某压气机叶片开展了动应力测量标定试验,结果显示:1#叶片试验应变计对第1阶、第3阶模态的敏感度实测值较理论值分别大17.4%和24%,而1#叶片试验应变计和2#叶片试验应变计对第1阶模态的敏感度差异达到14.8%。试验结果证明开展动应力测量标定试验,可综合提高叶片动应力测试数据利用的有效性。

航空发动机高速转子动应力测量研究

航空发动机零部件的工作环境十分恶劣,尤其是涡轴、涡桨等中小型发动机的动应力测量,需解决高温、高转速、富油、引线空间狭小等技术难题。以涡轴发动机压气机叶片为例,其多级轴流叶片小而薄,有的叶片甚至比剃须刀刀片还小。

高温动应力测量技术简析

为了确定涡轮叶片在工作状态下的动应力水平,必须开展各极端使用状态下航空发动机及其零部件的动应力测量。航空发动机的热端部件(尤其是涡轮叶片根部等处)承受着高温、高转速、复杂气动激振力和较大离心载荷复合作用,容易发生断裂故障,从而导致发动机和飞机严重事故。

旋转叶片动应力非接触测量方法研究综述

叶片结构是航空发动机、燃气轮机的重要能量转换部件,叶片的疲劳断裂问题严重影响机组的运行安全,对其进行健康监测尤为重要。通过对叶片进行实时的动应力监测并构建载荷谱,可以预估叶片剩余寿命,预警叶片裂纹的萌生,最终实现叶片的健康管理。动应力非接触测量方法自提出以来,在提升航空发动机、燃气轮机等设备的安全运行能力方面展现出巨大的潜力。综述了动应力非接触测量方法的基本原理及近年来的主要研究成果,归纳总结了动应力反演中的关键方法与技术,包括叶尖振动位移的精确识别方法、应力幅值比确定方法、多模态动应力计算方法等,分析了动应力反演的误差来源以及2种常用的非接触测量动应力的误差标定工具方法,并对今后的关键研究方向进行了展望。

航空发动机弧齿锥齿轮断裂故障分析

航空发动机附件机匣中心主动锥齿轮在工作过程中先后三次出现断裂故障,并连带其他部件不同程度损伤,造成飞行任务中断。故障件破坏形貌基本相同,主动锥齿轮辐板有包括5~6个齿的弧形大掉块,其余齿牙也均严重损伤。通过开展理化分析、强度和振动特性分析、动应力测量和整机振动响应测试,进行了故障机理研究,找出了故障原因,并据此进行了改进设计和持久试验验证。可为同类故障分析提供借鉴。

风扇整体叶盘振动响应数值仿真及试验验证

针对整体叶盘结构振动问题突出,而传统坎贝尔图无法预测真实振动应力的问题,以某风扇整体叶盘为研究对象开展振动响应数值仿真分析技术研究。根据转/静子叶片数确定了可能存在的危险节径数,同时考虑机匣椭圆度的影响,绘制了盘片耦合共振图,获得了工作转速范围内可能存在的危险低阶共振。在此基础上开展了非定常流场分析,获得了考虑前后级静子叶片影响的非定常流场分布,并将随时间变化的气动压力加载至叶片表面开展振动响应分析,求解得到叶片的振动应力。结合振动特性分析结果和振动响应分析结果确定了动应力测量的贴片位置,在整机上开展了振动应力测试,并将测试结果与数值仿真分析结果进行对比验证。结果表明:仿真分析结果与试验结果吻合较好,振动响应仿真分析方法可以用于工程中叶盘结构振动响应预测。

某离心叶轮叶片掉块故障分析及排除

针对某离心叶轮分流叶片断裂掉块故障,结合同批次叶片掉块的故障分析,进行振动信号分析、叶片失效分析、叶片频率测量及应力分析研究,得出叶片裂纹掉块的故障机理。进而通过叶片动应力测量试验进行了验证,提出了切实有效的改进措施,为该类故障的排除提供了宝贵的经验。

基于整机试车的涡轮叶片高低循环复合疲劳试验技术

针对航空发动机涡轮叶片同时承受高循环载荷和低循环载荷的特征,以小推力涡喷发动机为研究对象,搭建了基于引电器的涡轮叶片动应力测量系统,利用数值模拟和试验测试结合的方法,实现了高度为30mm的涡轮叶片在40 000r/min转速、950℃环境温度条件下的动应力测量,并以此为基础发展了整机高低循环复合疲劳试验方法,开展了高压涡轮叶片高低复合疲劳整机试验。研究结果表明,该型发动机转速在34 920r/min时,叶片高循环振动应力达到112.7MPa,带来了涡轮叶片的高循环疲劳损伤且是引起涡轮叶片产生裂纹的主要因素,低循环疲劳载荷是导致裂纹扩展的主要因素,两者综合作用会显著影响涡轮叶片寿命。