一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)技術(shù)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)技術(shù)。在機(jī)匣外壁纏繞軟壁高溫接觸式電加熱器，外部包裹保溫氈，同時(shí)在機(jī)匣上、下安裝邊處加墊隔熱板，保溫氈與隔熱板使加熱器及機(jī)匣處于相對密閉的空間。加熱器電源線和機(jī)匣內(nèi)壁粘貼的一個(gè)熱電偶與溫度控制柜連接，此熱電偶測量結(jié)果作為溫度反饋使加熱功率自動(dòng)調(diào)節(jié)。其余熱電偶與溫度顯示儀表連接，以觀察機(jī)匣周向加熱的均勻性。本發(fā)明專利技術(shù)提供的試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)技術(shù)方法主要用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)，在更接近發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況下檢驗(yàn)機(jī)匣包容能力。機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)裝置包括軟壁接觸式電加熱器、加熱電源線、隔熱板、保溫氈、熱電偶、熱電偶引線、溫度控制柜和溫度顯示儀表等。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣的高溫包容試驗(yàn)技術(shù)，包括基于接觸式加熱方法的機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法，本專利技術(shù)采用軟壁接觸式電加熱器及其測控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)匣溫度精確可控，用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)。
技術(shù)介紹
航空發(fā)動(dòng)機(jī)和輔助動(dòng)力裝置的高速旋轉(zhuǎn)部件長期工作在極端載荷和惡劣環(huán)境下，受外物撞擊、高周疲勞、過熱和材料缺陷等原因影響，不可避免的會(huì)出現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)葉片斷裂破壞事故。高速高能的危險(xiǎn)碎片穿透機(jī)匣飛出，會(huì)擊傷飛機(jī)的機(jī)艙、油箱、液壓管路和電器控制線路等，導(dǎo)致機(jī)艙失壓、油箱泄漏起火、飛機(jī)操控失靈等二次破壞，嚴(yán)重危及飛行安全。因此，各航空大國及組織在民用和軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)規(guī)范中都有專門條文對包容性做出嚴(yán)格規(guī)定，如美國聯(lián)邦航空規(guī)則(FAR)-33.94、歐洲《航空安全審定規(guī)范》(CS)-E等。中國民用《航空發(fā)動(dòng)機(jī)適航規(guī)定》(CCAR)-33.94也對包容性做出相似規(guī)定：必須通過發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)驗(yàn)證，在以最大允許轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)期間，最危險(xiǎn)的渦輪葉片失效后發(fā)動(dòng)機(jī)能包容損壞件至少運(yùn)轉(zhuǎn)15秒不著火，并且其安裝節(jié)也不失效；必須根據(jù)渦輪葉片的重量和其鄰近的渦輪機(jī)匣在與最大允許轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)相關(guān)的溫度和壓力下的強(qiáng)度確定該最危險(xiǎn)的渦輪葉片。航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣部件包容試驗(yàn)在立式高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)器中進(jìn)行，試驗(yàn)環(huán)境通常為常溫。對工作溫度較高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣，尤其是渦輪機(jī)匣，通常采用包容系數(shù)等效的方法，通過改變轉(zhuǎn)子破壞轉(zhuǎn)速，使試驗(yàn)狀態(tài)和工作狀態(tài)下機(jī)匣的包容系數(shù)相等。但是此種等效方法具有一定的局限性：機(jī)匣包容系數(shù)等效計(jì)算中所使用計(jì)算公式的準(zhǔn)確性及其對特定機(jī)匣部件的適用性不能保證。因此，以常溫試驗(yàn)來代替工作溫度下的機(jī)匣包容試驗(yàn)是不夠的。一種在高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子高溫試驗(yàn)中常用的加熱方法是在試驗(yàn)件外部安裝電加熱爐，將試驗(yàn)件全部罩在電加熱爐內(nèi)，利用爐壁內(nèi)部電阻絲的熱效應(yīng)對試驗(yàn)件進(jìn)行加熱。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)匣在高溫條件下的包容試驗(yàn)，但由于電熱爐形狀規(guī)則且爐壁較厚，需要占用較大空間，提高了對試驗(yàn)器的尺寸要求，并且增加了試驗(yàn)難度。此外，由于加熱爐將試驗(yàn)件全封閉，試驗(yàn)過程中無法用高速記錄儀拍攝飛斷葉片與機(jī)匣撞擊的過程。再者，由于電熱爐材料強(qiáng)度不高，高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)中受失效轉(zhuǎn)子的撞擊后很容易損壞，重復(fù)利用率低，造成試驗(yàn)成本的增加。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)，創(chuàng)造性地采用接觸式軟壁高溫電熱器直接加熱機(jī)匣的方式，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣在高溫下的包容能力測試，提供了一種基于接觸式加熱方法的機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)裝置和試驗(yàn)方法。此技術(shù)方法的基本原理是利用相互接觸并具有溫差的物體之間的熱傳導(dǎo)和熱輻射使機(jī)匣升溫，并且通過熱電偶和溫度控制柜構(gòu)成的溫度測量及控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對機(jī)匣溫度的精確控制。使用一種形狀可控、可任意彎曲，折疊的軟壁接觸式電加熱器包裹在機(jī)匣外圈，利用其內(nèi)部電阻絲通電后的熱效應(yīng)使其不斷升溫，隨后通過加熱器外部材料與機(jī)匣的相互接觸實(shí)現(xiàn)二者間的熱傳導(dǎo)，同時(shí)加熱器自身的熱輻射也作用于機(jī)匣。在機(jī)匣壁面特征位置粘貼熱電偶測量溫度，熱電偶和智能溫度控制柜相接，實(shí)現(xiàn)溫度的反饋調(diào)節(jié)，直到機(jī)匣溫度達(dá)到試驗(yàn)要求。本專利技術(shù)提供了一種基于上述技術(shù)原理設(shè)計(jì)的基于接觸式加熱方法的機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)裝置，整個(gè)裝置包括加熱裝置和溫度測量與控制系統(tǒng)，所述的加熱裝置包括接觸式電加熱器、隔熱板、隔熱板、保溫氈，所述的溫度測量與控制系統(tǒng)包括溫度控制柜、熱電偶和溫度顯示儀表；接觸式電加熱器緊貼機(jī)匣外壁纏繞，首尾相接，接觸式電加熱器外部包裹保溫氈，機(jī)匣上、下安裝邊連接位置分別加墊隔熱板，數(shù)個(gè)熱電偶沿周向均勻粘貼在機(jī)匣內(nèi)壁，具體位于機(jī)匣與葉片等高度沿軸向偏下的位置，加熱器電源線和其中一根熱電偶引線分別與溫度控制柜相連接，與溫度控制柜連接的熱電偶的測量結(jié)果作為溫度反饋，使溫度控制柜自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱功率，其余熱電偶線與溫度顯示儀表連接。進(jìn)一步的，本專利技術(shù)采用接觸式電加熱器纏繞機(jī)匣外壁的方式使機(jī)匣均勻受熱，所使用的接觸式電加熱器內(nèi)部均勻排列電阻絲，外部采用長度方向有任意彎曲特性的傳熱介質(zhì)和結(jié)構(gòu)。加熱裝置結(jié)構(gòu)為：隔熱板置于機(jī)匣上、下安裝邊與相鄰結(jié)構(gòu)之間，目的在于，首先起保溫作用，防止加熱器熱量過多通過非機(jī)匣結(jié)構(gòu)散失，以至于機(jī)匣溫度難以升高達(dá)到要求，其次是隔熱，防止轉(zhuǎn)子軸等其余部件溫度過高，引起其材料性能的變化，從而影響功能實(shí)現(xiàn)；加熱器緊貼于機(jī)匣外壁纏繞一周，首尾相接；保溫氈纏繞在加熱器外部，此外，保溫氈填充使加熱器仍與試驗(yàn)腔內(nèi)介質(zhì)或其余試驗(yàn)部件有熱交換的空隙，使加熱器及機(jī)匣外壁處于相對密閉的空間中。溫度測量與控制功能由熱電偶和溫度控制柜實(shí)現(xiàn)：在機(jī)匣上沿周向均布數(shù)個(gè)熱電偶，熱電偶粘貼在機(jī)匣內(nèi)壁主要考察部位，如與葉片等高度的位置沿軸向稍偏下或偏上的內(nèi)壁處，確保溫度測量點(diǎn)在不干擾轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)盡量貼近撞擊位置；沿周向均布數(shù)個(gè)熱電偶的目的在于考察并確認(rèn)機(jī)匣溫度沿周向分布的均勻性，確保機(jī)匣沿周向各處溫度一致，從而保證其包容性能的統(tǒng)一，使機(jī)匣包容性試驗(yàn)更具有可靠性；加熱器電源線和熱電偶引線從試驗(yàn)腔引出，加熱器電源線和其中一根熱電偶引線與溫度控制柜相連接，熱電偶測量結(jié)果作為溫度反饋，使加熱功率自動(dòng)調(diào)節(jié)；其余熱電偶線作為溫度監(jiān)測，與溫度顯示儀表連接。利用所述裝置實(shí)現(xiàn)的機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)方法，具體試驗(yàn)步驟如下：1)試驗(yàn)件安裝至試驗(yàn)器上。將安裝底座、機(jī)匣、試驗(yàn)葉輪按照試驗(yàn)要求安裝在試驗(yàn)器上，機(jī)匣上、下安裝邊與相鄰結(jié)構(gòu)相連接處加墊隔熱板；2)在機(jī)匣內(nèi)壁特定高度沿周向均勻粘貼數(shù)個(gè)熱電偶。熱電偶布置在機(jī)匣主要考察部位，如與葉片等高度的軸向位置沿軸向稍偏下或偏上的內(nèi)壁處；3)接觸式電加熱器緊貼機(jī)匣外壁纏繞一周，首尾相接。接觸式電加熱器按照機(jī)匣外形周長訂制，與機(jī)匣各處貼合且均勻布局，使接觸式電加熱器內(nèi)部電阻絲均勻分布；4)接觸式電加熱器外部纏繞保溫氈。將保溫氈環(huán)繞接觸式電加熱器布置，外部采用細(xì)鐵絲箍緊，保溫氈的布置應(yīng)使加熱部位處于相對封閉的空間中，減少熱量散失；5)加熱電源線和熱電偶引線由試驗(yàn)腔引出，加熱電源線與溫度控制柜相連，對接觸式電加熱器進(jìn)行加熱；其中一個(gè)熱電偶引線作為溫度控制反饋環(huán)節(jié)，與溫度控制柜連接；其余熱電偶引線作為溫度監(jiān)測環(huán)節(jié)，與溫度顯示儀表相連；6)試驗(yàn)過程中，首先通過溫度控制柜啟動(dòng)加熱開關(guān)，使機(jī)匣在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)達(dá)到目標(biāo)溫度并保溫一段時(shí)間，通過觀察各溫度儀表的顯示溫度判斷機(jī)匣溫度沿周向分布的均勻性；7)保溫一段時(shí)間后，待機(jī)匣溫度場均勻、穩(wěn)定后，啟動(dòng)高速旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)，驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)試驗(yàn)轉(zhuǎn)子升速至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，當(dāng)高速旋轉(zhuǎn)的葉片離心飛出撞擊機(jī)匣后，轉(zhuǎn)子降速停車；8)轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)后，關(guān)閉溫度控制開關(guān)，向試驗(yàn)腔內(nèi)充入氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的具有的有益效果有：1、本專利技術(shù)提供的試驗(yàn)技術(shù)方法和裝置使航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)得以實(shí)現(xiàn)，機(jī)匣包容能力預(yù)測在更接近發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際工況條件下進(jìn)行，提高了機(jī)匣包容試驗(yàn)結(jié)果的可參考性。2、采用本專利技術(shù)提供的試驗(yàn)技術(shù)方法和裝置，只是對航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣進(jìn)行局部加溫，不影響與機(jī)匣上下安裝邊連接的部件以及機(jī)匣內(nèi)部試驗(yàn)轉(zhuǎn)子的性能，不影響高速照相記錄儀拍攝飛斷葉片與機(jī)匣的撞擊過程。3、采用本專利技術(shù)提供的試驗(yàn)技術(shù)方法和裝置，航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)不會(huì)增加過多額外的需用空間，對試驗(yàn)器選擇的靈活性更強(qiáng)。附圖說明圖1為機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖；圖本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于接觸式加熱方法的機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)裝置，其特征在于包括加熱裝置和溫度測量與控制系統(tǒng)，所述的加熱裝置包括接觸式電加熱器(6)、上隔熱板(4)、下隔熱板(8)、保溫氈(5)，所述的溫度測量與控制系統(tǒng)包括溫度控制柜(18)、熱電偶(13)和溫度顯示儀表(17)；接觸式電加熱器(6)緊貼機(jī)匣(14)外壁纏繞，首尾相接，接觸式電加熱器(6)外部包裹保溫氈(5)，機(jī)匣(14)上、下安裝邊連接位置分別加墊上隔熱板(4)、下隔熱板(8)，數(shù)個(gè)熱電偶(13)沿周向均勻粘貼在機(jī)匣(14)內(nèi)壁，具體位于機(jī)匣(14)與葉片(9)等高度沿軸向偏下的位置，加熱器電源線和其中一根熱電偶引線分別與溫度控制柜(18)相連接，與溫度控制柜(18)連接的熱電偶的測量結(jié)果作為溫度反饋，使溫度控制柜(18)自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱功率，其余熱電偶線與溫度顯示儀表(17)連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于接觸式加熱方法的機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)裝置，其特征在于包括加熱裝置和溫度測量與控制系統(tǒng)，所述的加熱裝置包括接觸式電加熱器(6)、上隔熱板(4)、下隔熱板(8)、保溫氈(5)，所述的溫度測量與控制系統(tǒng)包括溫度控制柜(18)、熱電偶(13)和溫度顯示儀表(17)；接觸式電加熱器(6)緊貼機(jī)匣(14)外壁纏繞，首尾相接，接觸式電加熱器(6)外部包裹保溫氈(5)，機(jī)匣(14)上、下安裝邊連接位置分別加墊上隔熱板(4)、下隔熱板(8)，數(shù)個(gè)熱電偶(13)沿周向均勻粘貼在機(jī)匣(14)內(nèi)壁，具體位于機(jī)匣(14)與葉片(9)等高度沿軸向偏下的位置，加熱器電源線和其中一根熱電偶引線分別與溫度控制柜(18)相連接，與溫度控制柜(18)連接的熱電偶的測量結(jié)果作為溫度反饋，使溫度控制柜(18)自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱功率，其余熱電偶線與溫度顯示儀表(17)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于采用接觸式電加熱器(6)纏繞機(jī)匣(14)外壁的方式使機(jī)匣(14)均勻受熱，所使用的接觸式電加熱器(6)內(nèi)部均勻排列電阻絲(20)，外部采用長度方向有任意彎曲特性的傳熱介質(zhì)和結(jié)構(gòu)(21)。3.一種利用權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述裝置實(shí)現(xiàn)的機(jī)匣高溫包容試驗(yàn)方法，其特征在于，包括以下步驟：1)將機(jī)匣上安裝邊連接座(3)、機(jī)匣(14)、試驗(yàn)輪盤(10)和葉片(9)按照試驗(yàn)要求安裝在試驗(yàn)器上，機(jī)匣上、下安裝邊分別與上隔熱板(4...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：宣海軍，白聰兒，鄒煜申，瞿明敏，何澤侃，黃先念，
申請(專利權(quán))人：浙江大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江;33