一种多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台

1.本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种多模式试验室用航空发动机轴承损伤试验台，基于此试验平台可以获得航空发动机轴承部件在受到鸟撞冲击及叶片丢失等突加高能基础载荷下的损伤模式及损伤裕度，为航空发动机支承设计及轴承的选取提供分析指导。


背景技术：

2.航空发动机中滚动轴承承受高温、高速与高载，滚动轴承能否正常运转直接影响到航空发动机的性能以及可靠性。轴承作为航空发动机极其关键的支承部件，其可靠性至关重要。发动机轴承的选择，是影响发动机可靠性的重要因素之一。
3.以涡扇发动机为例，在服役条件下，可能遭遇鸟撞、叶片丢失等极端恶劣工况，在发动机结构中形成突加高能载荷，以轴向及周向耦合的高密度冲击能量的方式作用于轴承部件，造成发动机整机/部件动力学特性恶化和轴承部件的损伤，危及发动机其他部件的结构安全性，严重影响其服役期间的安全性及可靠性。由发动机典型承力结构载荷传递规律可知，其关键构件轴承为轴系与支承的一条明显的传递载荷的路径，当发生鸟撞、叶片丢失等极端恶劣工况时，关键构件轴承往往受到数倍于自身设计所能承受的动载荷。
4.目前国内外学者对于轴承损伤的研究多为在径向或轴向载荷加载的基础试验上，并未考虑在鸟撞、叶片丢失等极端恶劣工况下所出现突加高能基础激励对于关键构件轴承的影响。为避免突加高能基础载荷对航空发动机关键构件轴承造成结构性损伤，有必要在试验室条件下开展突加高能基础激励作用下模拟发动机整机关键部件轴承损伤模式及损伤裕度的试验研究工作。
5.故，需要设计一种多模式试验室用航空发动机轴承损伤试验台解决上述问题。


技术实现要素：

6.发明目的：本发明提出了一种多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，目的是：能准确实现鸟撞冲击载荷下轴承的损伤模式；能准确实现叶片丢失载荷下轴承的损伤模式。
7.技术方案：一种多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，包括支架、驱动电机、转轴、同轴安装于转轴前方的压气机模拟盘、前支承鼠笼弹性支座、中支承鼠笼弹性支座、后支承鼠笼弹性支座、空气炮；所述前支承鼠笼弹性支座、中支承鼠笼弹性支座、后支承鼠笼弹性支座均可拆卸的安装在转轴上，且前支承鼠笼弹性支座、中支承鼠笼弹性支座、后支承鼠笼弹性支座与转轴之间均通过轴承连接；所述压气机模拟盘的侧缘设有开口，开口内可拆卸的安装有丢失质量块；空气炮位于压气机模拟盘前方且空气炮的炮口面对压气机模拟盘。
8.有益效果：本发明公开了一种多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，能够在试验室中实现在鸟撞及叶片丢失等突加高能载荷对于航空发动机关键构件轴承损
伤的准确模拟；
9.本发明中的所采用的叶片丢失系统，能够实现不同叶片丢失质量和不同叶片丢失转速等工况，能够用于在试验室中开展叶片丢失后不平衡载荷对于航空发动机关键构件轴承损伤的试验研究工作；
10.本发明中的所采用的空气炮系统，能够准确地发射不同质量及不同冲击速度的明胶鸟弹，能够用于在试验室中开展鸟撞等突加高能载荷对于航空发动机关键构件轴承损伤的试验研究工作；
11.本发明中试验平台可靠性强，装拆方便，设计灵活度高，可按照具体的航空发动机型号的支承形式选择合理的滚棒轴承、滚珠轴承亦或其他具体类型的轴承；可通过设计更换转轴及鼠笼弹支实现对于不同型号轴承在突加高能载荷下的损伤模式及损伤裕度试验研究工作。
12.本发明中试验平台同时可用于研究转子系统在叶片丢失及鸟撞冲击载荷条件下的瞬态振动响应等动力学行为。
附图说明
13.图1是多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台示意图；
14.图2是鸟撞冲击载荷下模拟航空发动机轴承损伤试验台示意图；
15.图3是叶片丢失载荷下模拟航空发动机轴承损伤试验台示意图。
具体实施方式
16.下面结合附图对本发明装置和方法的优选实施方式作进一步完整、详细的描述。
17.显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
18.本发明公开一种多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，如图1所示，包括压气机模拟盘1、压气机盘挡环11、丢失质量块2、前支承球轴承3、球轴承内外圈挡环31、前支承鼠笼弹性支座32、中支承滚棒轴承4、滚棒轴承内外圈挡环41、中支承鼠笼弹性支座42、转轴5、后支承滚棒轴承6、滚棒轴承内外圈挡环61、后支承鼠笼弹性支座62、柔性联轴器7、驱动电机8、试验台基础9、前支撑座91、中支撑座92、后支撑座93、空气炮10。所述的驱动电机8与转轴5共轴安装于试验台基础9上，与转轴5之间经柔性联轴器7共轴连接。所述的模拟航空发动机通过前支撑座91，中支撑座92，后支撑座93安装于试验台基础9上。前支承鼠笼弹性支座32、中支承鼠笼弹性支座42、后支承鼠笼弹性支座62均可拆卸的安装在转轴5上，以便于通过设计更换转轴及鼠笼弹支实现对于不同型号轴承在突加高能载荷下的损伤模式及损伤裕度试验研究工作。
19.前支撑座91、中支撑座92、后支撑座93自前向后排列。前支撑座91位于压气机模拟盘1后方。其中驱动电机8安装于后支撑座93上。后支承鼠笼弹性支座62安装于中支撑座92后部的转轴位置。中支承鼠笼弹性支座42安装于前支撑座91后部的转轴位置。前支承鼠笼弹性支座32安装于前支撑座91前部的转轴位置。
20.所述的前支承球轴承3通过球轴承内外圈挡环31及前支承鼠笼弹性支座32固定限
位。所述的中支承滚棒轴承4通过滚棒轴承内外圈挡环41及中支承鼠笼弹性支座42固定限位。所述的后支承滚棒轴承6通过滚棒轴承内外圈挡环61及后支承鼠笼弹性支座62固定限位。
21.请结合图2可知，将所述空气炮10安装于压气机模拟盘1前方正面，炮口正对压气机模拟盘1。炮口横截面与压气机模拟盘盘面平行且与压气机模拟盘1设置一定距离，在该模式下，可开展鸟撞冲击载荷下模拟航空发动机轴承损伤试验。
22.请结合图3可知，将所述丢失质量块2包括两个，分别安装在压气机模拟盘1两侧缘。通过叶片丢失系统可实现具体丢失质量及具体工作转速下叶片丢失不平衡载荷的施加，在该模式下，可开展叶片丢失载荷下模拟航空发动机轴承损伤试验。
23.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，其特征在于，包括支架、驱动电机、转轴、同轴安装于转轴前方的压气机模拟盘、前支承鼠笼弹性支座、中支承鼠笼弹性支座、后支承鼠笼弹性支座、空气炮；所述前支承鼠笼弹性支座、中支承鼠笼弹性支座、后支承鼠笼弹性支座均可拆卸的安装在转轴上，且前支承鼠笼弹性支座、中支承鼠笼弹性支座、后支承鼠笼弹性支座与转轴之间均通过轴承连接；所述压气机模拟盘的侧缘设有开口，开口内可拆卸的安装有丢失质量块；空气炮位于压气机模拟盘前方且空气炮的炮口面对压气机模拟盘。2.根据权利要求1所述的多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，其特征在于，所述支架包括自前向后排列的前支撑座、中支撑座、后支撑座，前支撑座位于压气机模拟盘后方；其中驱动电机安装于后支撑座上；后支承鼠笼弹性支座安装于中支撑座后部的转轴位置；中支承鼠笼弹性支座安装于前支撑座后部的转轴位置；前支承鼠笼弹性支座安装于前支撑座前部的转轴位置。3.根据权利要求1所述的多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，其特征在于，丢失质量块包括两个，分别安装在压气机模拟盘相对的两侧缘。4.根据权利要求2所述的多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，其特征在于，所述的前支承球轴承通过球轴承内外圈挡环及前支承鼠笼弹性支座固定限位；所述的中支承滚棒轴承通过滚棒轴承内外圈挡环及中支承鼠笼弹性支座固定限位；所述的后支承滚棒轴承通过滚棒轴承内外圈挡环及后支承鼠笼弹性支座固定限位。5.根据权利要求1所述的多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，其特征在于，空气炮用于开展鸟撞冲击载荷下模拟航空发动机轴承损伤试验；压气机模拟盘用于开展叶片丢失载荷下模拟航空发动机轴承损伤试验。

技术总结
本发明一种多模式试验室用模拟航空发动机轴承损伤试验台，包括支架、驱动电机、转轴、压气机模拟盘、空气炮；压气机模拟盘的侧缘设有开口，开口内可拆卸的安装有丢失质量块，用于开展叶片丢失载荷下模拟航空发动机轴承损伤试验；空气炮用于开展鸟撞冲击载荷下模拟航空发动机轴承损伤试验；本发明中试验平台同时可用于研究转子系统在叶片丢失及鸟撞冲击载荷条件下的瞬态振动响应等动力学行为。荷条件下的瞬态振动响应等动力学行为。荷条件下的瞬态振动响应等动力学行为。


技术研发人员：付鑫强 刘璐璐 韩佳奇 陈伟 赵振华 罗刚
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2022.08.05
技术公布日：2022/12/5