一种航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置及方法

摘要

本发明一种航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置及方法，该装置包括：电源、夹具、桥路盒、毫伏表和读数显微镜，还包括螺旋升降支架和电流探针，其中，所述的螺旋升降支架上设置有两个用于固定电流探针的横向固定架，第一电流探针输出端连接第一桥路盒的输入端，第一桥路盒的输出端连接第一毫伏表的输入端；第二电流探针的输出端连接第二桥路盒的输入端，第二桥路盒的输出端连接第二毫伏表的输入端；所述的电源连接被测叶片，被测叶片固定于夹具上；本发明解决了叶片疲劳试验中大量程振动幅值监测困难的问题，为振动疲劳试验叶片叶尖振幅监测技术提供了一种全新的测试手段，拓展了叶片疲劳试验振动应力测试技术。

权利要求

1.一种航空发动机叶片大量程振动幅值检测方法，该方法采用航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置，该装置包括：电源(1)、夹具(2)、第一桥路盒(3)、第二桥路盒(4)、第一毫伏表(5)、第二毫伏表(6)和读数显微镜(12)，还包括螺旋升降支架(7)、第一电流探针(8)和第二电流探针(9)，其中，所述的螺旋升降支架(7)上设置有用于固定第一电流探针(8)和第二电流探针(9)的横向固定架，第一电流探针(8)输出端连接第一桥路盒(3)的输入端，第一桥路盒(3)的输出端连接第一毫伏表(5)的输入端；第二电流探针(9)的输出端连接第二桥路盒(4)的输入端，第二桥路盒(4)的输出端连接第二毫伏表(6)的输入端；所述的电源(1)连接被测叶片(10)，被测叶片(10)固定于夹具(2)上；其特征在于：方法包括以下步骤：步骤1、在被测叶片上进行应变片的位置部署；

步骤2、在叶片一阶弯曲振动固有频率下，确定被测叶片上应变片所对应的振动应力分布情况，并找出最大振动应力点；

步骤3、采用读数显微镜读取最大振动应力点在不同振动应力下被测叶片的叶尖振动幅值，并用拟合方程计算出疲劳考核应力所对应的叶尖振动幅值，调节螺旋升降支架上第一电流探针和第二电流探针之间的距离，并调整螺旋升降支架的螺旋升降杆的高度，使被测叶片位于第一电流探针和第二电流探针的中间位置；

步骤4、启动装置使被测叶片振动，采用电流探针检测被测叶片的叶尖振动幅值；

若被测叶片同时振动触碰两个电流探针，即第一毫伏表和第二毫伏表同时显示出电压值，则被测叶片位于第一电流探针和第二电流探针的中间位置，此时，检测得到被测叶片的叶尖振动幅值即为疲劳考核应力所对应的叶尖振动幅值；

若被测叶片振动触碰其中一个电流探针，即其中一个毫伏表显示出电压值，则微调螺旋升降杆的高度直至第一毫伏表和第二毫伏表同时显示出电压值，则被测叶片位于第一电流探针和第二电流探针的中间位置，此时，检测得到被测叶片的叶尖振动幅值即为疲劳考核应力所对应的叶尖振动幅值。

说明书

一种航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置及方法

技术领域

[0001] 本发明属于航空发动机零部件强度测试领域，具体涉及一种航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置及方法。

背景技术

[0002] 在航空发动机叶片疲劳强度试验中，一般都是通过监视叶片叶尖振幅值来监控叶片疲劳强度考核应力值，通常情况下通过读数显微镜对叶片振幅值进行读取，图1为现有装置结构示意图，如图所示，现有装置包括夹具、读书显微镜、动态应变仪和第三毫伏表，但当叶片振幅值超过20mm时，读数显微镜就很难进行测量了。

发明内容

[0003] 针对现有技术的不足，本发明提出一种航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置及方法，以解决航空发动机或燃气轮机大型风扇、压气机叶片振动疲劳试验中大量程振动幅值监测困难问题。

[0004] 一种航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置，该装置包括：电源、夹具、第一桥路盒、第二桥路盒、第一毫伏表、第二毫伏表和读数显微镜，还包括螺旋升降支架、第一电流探针和第二电流探针，其中，所述的螺旋升降支架上设置有用于固定第一电流探针和第二电流探针的横向固定架，第一电流探针输出端连接第一桥路盒的输入端，第一桥路盒的输出端连接第一毫伏表的输入端；第二电流探针的输出端连接第二桥路盒的输入端，第二桥路盒的输出端连接第二毫伏表的输入端；所述的电源连接被测叶片，被测叶片固定于夹具上。

[0005] 采用航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置进行振幅检测的方法，包括以下步骤：

[0006] 步骤1、在被测叶片上进行应变片的位置部署；

[0007] 步骤2、在叶片一阶弯曲振动固有频率下，确定被测叶片上应变片所对应的振动应力分布情况，并找出最大振动应力点；

[0008] 步骤3、采用读数显微镜读取最大应力点在不同振动应力下被测叶片的叶尖振动幅值，并用拟合方程计算出疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值，调节螺旋升降支架上第一电流探针和第二电流探针之间的距离，并调整螺旋升降支架的螺旋升降杆的高度，使被测叶片位于第一电流探针和第二电流探针的中间位置；

[0009] 步骤4、启动装置使被测叶片振动，采用电流探针检测被测叶片的振幅；

[0010] 若被测叶片同时振动触碰两个电流探针，即第一毫伏表和第二毫伏表同时显示出电压值，则被测叶片位于第一电流探针和第二电流探针的中间位置，此时，检测得到被测叶片的幅值即为疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值；

[0011] 若被测叶片振动触碰其中一个电流探针，即其中一个毫伏表显示出电压值，则微调螺旋升降杆的高度直至第一毫伏表和第二毫伏表同时显示出电压值，则被测叶片位于第一电流探针和第二电流探针的中间位置，此时，检测得到被测叶片的幅值即为疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值。

[0012] 本发明的优点：

[0013] 本发明一种航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置及方法，本发明解决了叶片疲劳试验中大量程振动幅值监测困难的问题，为振动疲劳试验叶片叶尖振幅监测技术提供了一种全新的测试手段，拓展了叶片疲劳试验振动应力测试技术。

附图说明

[0014] 图1为现有装置结构示意图；

[0015] 其中，2-夹具；14-第三毫伏表；10-叶片；11-动态应变仪；12-读数显微镜；13-应变片；图2为本发明一种实施例装置结构示意图；

[0016] 其中，1-电源；2-夹具；3-第一桥路盒；4-第二桥路盒；5-第一毫伏表；6-第二毫伏表；7-螺旋升降支架；8-第一电流探针；9-第二电流探针；

[0017] 图3为本发明一种实施例检测方法流程图；

[0018] 图4为本发明一种实施例应变片结构示意图；

[0019] 图5为本发明一种实施例最大应力点分析示意图。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图对本发明实施例做进一步说明。

[0021] 如图2所示，本发明实施例一种航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置，该装置包括：电源1、夹具2、第一桥路盒3、第二桥路盒4、第一毫伏表5、第二毫伏表6和读数显微镜12，还包括螺旋升降支架7、第一电流探针8和第二电流探针9，其中，所述的螺旋升降支架7上设置有用于固定第一电流探针8和第二电流探针9的横向固定架，第一电流探针8输出端连接第一桥路盒3的输入端，第一桥路盒3的输出端连接第一毫伏表5的输入端；
第二电流探针9的输出端连接第二桥路盒4的输入端，第二桥路盒4的输出端连接第二毫伏表6的输入端；所述的电源1连接被测叶片10，被测叶片10固定于夹具2上。

[0022] 采用航空发动机叶片大量程振动幅值检测装置进行振幅检测的方法，如图3所示，包括以下步骤：

[0023] 步骤1、在被测叶片上进行应变片的位置部署；

[0024] 如图4所示，本发明实施例中，应变片粘贴在被测叶片叶盆的进气边缘和排气边缘，上述位置的振动应力值较大，应变片沿着被测叶片的轴向粘贴，粘贴密度根据被测叶片振动应力变化的程度而定，应力变化急剧时，应变片应进行密集粘贴。

[0025] 步骤2、在叶片一阶弯曲振动固有频率下，确定被测叶片上应变片所对应的振动应力分布情况，并找出最大振动应力点；

[0026] 采用专用工装夹将叶片固定于电磁振动台上，确保连接刚性足够，通过电磁振动台找出被测叶片一阶弯曲振动固有频率，本实施例中为33HZ，在该频率下小振幅测试出叶片振动应力分布情况，确定出一阶弯曲振动固有频率情况下被测叶片上最大振动应力点的位置。若无法一次确定最大振动应力点的位置，在第一次应变片粘贴的基础上，重新粘贴应变片，重新确定最大振动应力点的位置，直至准确找到被测叶片一阶弯曲振动固有频率下的最大振动应力点。如图5所示，本发明实施例采用YE6261数据采集系统采集被测叶片上应变片所对应的振动应力值，通过计算机对数据进行分析找出最大振动应力点的位置。

[0027] 步骤3、采用读数显微镜读取5～6组最大应力点在不同振动应力下被测叶片的叶尖振动幅值，并用拟合方程计算出疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值，调节螺旋升降支架上第一电流探针和第二电流探针之间的距离，并调整螺旋升降支架的螺旋升降杆的高度，使被测叶片位于第一电流探针和第二电流探针的中间位置；

[0028] 在一阶弯曲振动固有频率下，本发明实施例通过采用读数显微镜测试出被测叶片小振幅幅值，测试最大应力点的5～6组不同振动应力下叶片叶尖振动幅值，（叶尖处振幅值不得超过被测叶片考核振动应力振幅的30%），采用拟合方程计算出疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值S（单位：mm，全幅值），具体公式如下：

[0029]

[0030] u=1000U （2）

[0031]

[0032]

[0033]

[0034] 其中：

[0035] f——为一阶弯曲振动固有频率，单位：Hz；

[0036] vi——第i个测试点应变片连接毫伏表的读数，单位：mv；

[0037] si——第i个测试点叶片叶尖振动幅值（全幅值），单位：mm；

[0038] f0——叶片固有频率值，单位：Hz；

[0039] v0——动态应变仪测量电路桥压值；

[0040] k——应变片灵敏度系数；

[0041] ε——叶片考核应力对应的应变值

[0042] σ——叶片需要进行疲劳考核的应力值（或疲劳极限），单位：Mpa[0043] E——室温条件下，叶片材料的弹性模量，单位：Gpa；

[0044] u——叶尖振幅达到考核应力振幅S值时，应变片监测值，单位：mv；

[0045] 本发明实施例采用SBA-830C动态应变仪测量电路桥压值（2V左右），采用毫伏表测量被测叶片上应变片的电压值。

[0046] 所述的调节螺旋升降支架上第一电流探针和第二电流探针之间的距离，该距离的大小等于叶片振动幅值S与叶片叶尖厚度δ的和的大小，其中所述的叶片振动幅值为疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值。

[0047] 步骤4、启动装置使被测叶片振动，采用电流探针检测被测叶片的振幅；

[0048] 若被测叶片同时振动触碰两个电流探针，即第一毫伏表和第二毫伏表同时显示出电压值，则被测叶片位于第一电流探针和第二电流探针的中间位置，此时，检测得到被测叶片的幅值即为疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值；

[0049] 若被测叶片振动触碰其中一个电流探针，即其中一个毫伏表显示出电压值，则微调螺旋升降杆的高度直至第一毫伏表和第二毫伏表同时显示出电压值（第一毫伏表显示电压值时，螺旋升降杆向上调节，第二毫伏表显示电压值时，螺旋升降杆向下调节），则被测叶片位于第一电流探针和第二电流探针的中间位置，此时，检测得到被测叶片的幅值即为疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值。

[0050] 此时，被测叶片的幅值即为疲劳考核应力所对应的叶片振动幅值S，使被测叶片在7
夹具上持续振动，若振动次数超过3×10 次被测叶片依然无损伤，则说明该被测叶片为合格产品。