本发明公开了一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验方法。本发明的实验装置主要包括直流电机、联轴器I、联轴器II、联轴器III、联轴器IV、转矩转速传感器I、转矩转速传感器II、模拟风扇转子的圆盘、齿轮转子系统、磁粉制动器、质量为m1的质量块I、质量为m2的质量块II和工作台。本发明采用一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及其实验方法，解决了模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失和定量施加不平衡量的问题。
1.一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，其特征在于：主要包括直流电机(1)、联轴器I(2)、联轴器II(3)、联轴器III(4)、联轴器IV(5)、转矩转速传感器I(6)、转矩转速传感器II(7)、模拟风扇转子的圆盘(8)、齿轮转子系统(9)、磁粉制动器(10)、质量为m1的质量块I(11)、质量为m2的质量块II(12)和工作台(13)；
所述直流电机(1)、转矩转速传感器I(6)、所述齿轮转子系统(9)、所述转矩转速传感器II(7)和所述磁粉制动器(10)依次安装在所述工作台(13)上；
所述直流电机(1)的转轴和所述转矩转速传感器I(6)的转轴通过所述联轴器I(2)连接在一起；
在所述模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置模拟正常工作状态时，所述转矩转速传感器I(6)的转轴和所述齿轮转子系统(9)的输入轴(905)通过所述联轴器II(3)连接在一起；
在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置模拟风车状态时，所述转矩转速传感器I(6)的转轴和所述齿轮转子系统(9)的输出轴(901)通过所述联轴器II(3)连接在一起；
所述齿轮转子系统(9)包括所述输出轴(901)、轴承座I(902)、轴承座II(903)、箱体(904)、所述输入轴(905)、电涡流位移传感器I(9011)、电涡流位移传感器II(9012)、加速度传感器I(9021)、加速度传感器II(9022)、加速度传感器III(9031)、加速度传感器IV(9032)、加速度传感器V(9041)、加速度传感器VI(9042)、电涡流位移传感器III(9051)和电涡流位移传感器IV(9052)；
所述轴承座I(902)、所述轴承座II(903)和所述箱体(904)依次安装在所述工作台(13)上；
所述加速度传感器I(9021)和所述加速度传感器II(9022)用胶粘在所述轴承座I(902)上；所述加速度传感器I(9021)和所述加速度传感器II(9022)呈90°分布；
所述加速度传感器III(9031)和所述加速度传感器IV(9032)用胶粘在所述轴承座II(903)上；所述加速度传感器III(9031)和所述加速度传感器IV(9032)呈90°分布；
所述加速度传感器V(9041)和所述加速度传感器VI(9042)用胶粘在所述箱体(904)上；
所述加速度传感器V(9041)和所述加速度传感器VI(9042)呈90°分布；
所述输出轴(901)通过所述轴承座I(902)和所述轴承座II(903)支撑在所述工作台(13)上；
在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置模拟风车状态时，所述齿轮转子系统(9)的所述输入轴(905)和所述转矩转速传感器II(7)的转轴通过所述联轴器III(4)连接在一起；
所述电涡流位移传感器I(9011)和所述电涡流位移传感器II(9012)用磁力座架起来对准所述输出轴(901)；所述电涡流位移传感器I(9011)和所述电涡流位移传感器II(9012)呈
在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置模拟正常工作状态时，所述齿轮转子系统(9)的输出轴(901)和所述转矩转速传感器II(7)的转轴通过所述联轴器III(4)连接在一起；
所述电涡流位移传感器III(9051)和所述电涡流位移传感器IV(9052)用磁力座架起来对准所述输出轴(901)；所述电涡流位移传感器III(9051)和所述电涡流位移传感器IV(9052)呈90°分布；
所述转矩转速传感器II(7)的转轴和所述磁粉制动器(10)的转轴通过所述联轴器IV(5)连接在一起；
所述模拟风扇转子的圆盘(8)中间具有一个和所述输入轴(905)相匹配的孔I；所述模拟风扇转子的圆盘(8)通过所述孔I安装在所述输入轴(905)上；
所述模拟风扇转子的圆盘(8)具有一个可以放置所述质量块I(11)的孔II；
在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置模拟风车状态时，所述质量块I(11)嵌入所述孔II；
所述质量块I(11)的质量m1和所述孔II的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘(8)的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配；
或者，在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置模拟风车状态时，在所述模拟风扇转子的圆盘(8)上钻出孔II；此时，所述模拟风扇转子的圆盘(8)通过打孔的方式削去质量块II(12)；
所述质量块II(12)的质量m2和所述孔II的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘(8)的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，其特征在于：还包括控制系统、数据采集器、电涡流信号调理器、SP-DSA分析系统或计算机；
所述电涡流信号调理器对所述电涡流位移传感器I(9011)、所述电涡流位移传感器II(9012)、所述电涡流位移传感器III(9051)和所述电涡流位移传感器IV(9052)中信号的电荷进行放大；
所述数据采集器采集所述加速度传感器I(9021)、所述加速度传感器II(9022)、所述加速度传感器III(9031)、所述加速度传感器IV(9032)、所述加速度传感器V(9041)、所述加速度传感器VI(9042)和所述电涡流信号调理器中的数据；
所述数据采集器中采集到的所有数据传递到所述SP-DSA分析系统或者所述计算机中；
所述SP-DSA分析系统或者所述计算机对接收到的所有数据进行分析。
3.根据权利要求2所述的一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，其特征在于：所述电涡流信号调理器是一种电荷放大器。
4.根据权利要求1所述的一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，其特征在于：所述孔I和所述孔II为螺纹样式。
5.根据权利要求1所述的一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，其特征在于：所述齿轮转子系统(9)还包括行星轴(906)、行星架(907)、太阳齿轮(908)、人字行星齿轮(909)人字内齿圈(910)和风扇套筒(911)；
所述行星轴(906)共有三根；所述行星轴(906)固定在所述箱体(904)上；所述行星轴(906)一端具有螺纹；所述行星轴(906)具有螺纹的一端通过行星轴固定螺母安装在所述行星架(907)上，呈空心悬臂结构；所述行星轴(906)均布在所述太阳齿轮(908)的周围；
3个所述人字行星齿轮(909)安装在对应的行星轴(906)上；所述人字行星齿轮(909)与所述太阳齿轮(908)啮合，形成外啮合齿轮传动；所述人字行星齿轮(909)与所述人字内齿圈(910)相啮合，形成内啮合传动；
所述人字内齿圈(910)通过花键与所述风扇套筒(911)连接。
6.一种采用权利要求2所述实验装置来模拟齿轮涡扇发动机正常工作状态的实验方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)准备实验装置，主要包括模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置；
2)调试整个实验装置，主要包括：观察所述齿轮转子系统(9)是否能正常旋转、确保所述转矩转速传感器I(6)和所述转矩转速传感器II(7)有转速信号输出；
3)按规程检查测试系统、滑油系统和所述控制系统，确认所述测试系统、所述滑油系统和所述控制系统都能正常工作；
4)将所述齿轮转子系统(9)转速缓慢提高至某一安全转速或额定工作转速，为正式实验提供参考数据；
5)在不超过振动限制值前提下，将所述齿轮转子系统(9)转速提高至实验要求的转速；
7)记录在不同测点处，所述齿轮转子系统(9)的不平衡振动响应；
7.一种采用权利要求2所述实验装置来模拟齿轮涡扇发动机风车状态的实验方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)准备实验装置，主要包括模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置；
2)模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置中，将所述质量块I(11)放置在所述模拟风扇转子的圆盘(8)的所述孔I处；
3)调试整个实验装置，主要包括：观察所述齿轮转子系统(9)是否能正常旋转、确保所述转矩转速传感器I(6)和所述转矩转速传感器II(7)有转速信号输出；
4)按规程检查测试系统、滑油系统和所述控制系统，确认所述测试系统、所述滑油系统和所述控制系统都能正常工作；
5)将所述齿轮转子系统(9)转速缓慢提高至某一安全转速或额定工作转速，为正式实验提供参考数据；
6)在不超过振动限制值前提下，将所述齿轮转子系统(9)转速提高至实验要求的转速；
8)记录在不同测点处，所述齿轮转子系统(9)的不平衡振动响应；
8.一种采用权利要求2所述实验装置来模拟齿轮涡扇发动机风车状态的实验方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)准备实验装置，主要包括模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置；
2)模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置中，在所述模拟风扇转子的圆盘(8)上钻出所述孔II；此时，所述模拟风扇转子的圆盘(8)被削去质量块II(12)；
3)调试整个实验装置，主要包括观察所述齿轮转子系统(9)是否能正常旋转、确保所述转矩转速传感器I(6)和所述转矩转速传感器II(7)有转速信号输出；
4)按规程检查测试系统、滑油系统和所述控制系统，确认所述测试系统、所述滑油系统和所述控制系统都能正常工作；
5)将所述齿轮转子系统(9)转速缓慢提高至某一安全转速或额定工作转速，为正式实验提供参考数据；
6)在不超过振动限制值前提下，将所述齿轮转子系统(9)的转速提高至实验要求的转速；
8)记录在不同测点处，所述齿轮转子系统(9)的不平衡振动响应；
一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验
方法
技术领域
[0001] 本发明涉及航空发动机转子动力学与适航符合性验证技术领域，具体是一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及实验方法。
背景技术
[0002] 降低耗油率和减少污染排放是下一代民用航空发动机的主攻发展方向。齿轮涡扇(Geared Turbofan Engine，GTF)发动机具有低排放、低噪声、低油耗和低维护费用等优点。齿轮驱动风扇(GTF)发动机相对于传统的双转子涡轮风扇发动机来说，核心机没有根本变化，只增加了一个减速箱。鉴于齿轮驱动风扇(GTF)发动机技术性能特点和性能优势，在支线飞机和单通道干线飞机中，齿轮驱动风扇(GTF)发动机有着诱人的市场应用发展前景。
[0003] 叶片丢失是发动机可能遭遇的一种典型恶劣载荷工况，指部分或者整个转子叶片断裂后飞出。叶片丢失可能由叶片或榫槽的疲劳失效、大尺寸的鸟撞或其他外物撞击等多种原因引起，并将导致发动机结构被严重破坏，甚至引起飞行器损毁。航空安全管理机构基于适航安全性需求，对叶片丢失提出了明确要求。中国民用航空局要求高涵道比涡扇发动机必须通过叶片丢失的试验，以验证涡扇发动机在发生风扇叶片丢失时，在最长的飞行期间内(有机型要求最长飞行时间为3h)能保证涡扇发动机处于安全状态，不致引发危险性故障，以使飞机可以安全返航。因此，叶片丢失是发动机研制过程中必须解决的重要问题。早期的研究主要是通过严酷的试验验证，但是其耗资巨大，近年的研究趋势是设计初期尽量避免或减少整机的试验，尽可能通过分析和模拟的手段验证结构的动力响应规律和特征。
[0004] 现有技术中，有人发明了一种亚尺度模拟航空发动机旋转试验装置及试验方法。设有模拟机匣、模拟支板、模拟转子轴、模拟叶盘、模拟鼓筒、前中后三支点轴承及模拟前后安装节；所述试验装置由电动机通过一套断轴保护装置驱动旋转模拟机匣部件之间通过安装边螺栓连接，模拟支板与模拟机匣间通过焊接连接，模拟叶片通过螺栓和安装盘与轴连接，模拟鼓筒与模拟支板间通过螺栓连接，模拟前安装节通过螺栓及吊杆与刚性安装座连接,模拟后安装节通过螺栓与铰链与刚性安装座连接。
[0005] 但GTF发动机相对于传统的双转子涡轮风扇发动机，增加了一个齿轮箱，传动结构发生了变化。由于齿轮系统的存在，GTF发动机系统的激励源不再是单一的不平衡量。齿轮系统作为参数激励和非线性并存的弹性机械系统，其动态响应除受到自身结构参数和几何参数的影响之外，还受到各种激励的影响。但是现有的实验装置无法定量施加不平衡量，也无法模拟GTF发动机风车状态下叶片丢失后的振动特性。
发明内容
[0006] 本发明的目的是解决模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失和定量施加不平衡量的问题，本发明提出了一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置及其实验方法，此装置结构简单、拆卸更换容易，能够满足不同不平衡量及不同工况下的要求，能够验证理论方法，分析模型及数值结果的正确性。能满足企业的实际需求，填补相关技术空白。
[0007] 为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，主要包括直流电机、联轴器I、联轴器II、联轴器III、联轴器IV、转矩转速传感器I、转矩转速传感器II、模拟风扇转子的圆盘、齿轮转子系统、磁粉制动器、质量为m1的质量块I、质量为m2的质量块II和工作台。
[0008] 所述直流电机、转矩转速传感器I、所述齿轮转子系统、所述转矩转速传感器II和所述磁粉制动器依次安装在所述工作台上。
[0009] 所述直流电机提供转速和功率。
[0010] 所述直流电机的转轴和所述转矩转速传感器I的转轴通过所述联轴器I连接在一起。
[0011] 在所述模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述转矩转速传感器I的转轴和所述齿轮转子系统的输入轴通过所述联轴器II连接在一起。
[0012] 在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述转矩转速传感器I的转轴和所述齿轮转子系统的输出轴通过所述联轴器II连接在一起。
[0013] 所述齿轮转子系统包括所述输入轴、轴承座I、轴承座II、箱体、所述输出轴、电涡流位移传感器I、电涡流位移传感器II、加速度传感器I、加速度传感器II、加速度传感器III、加速度传感器IV、加速度传感器V、加速度传感器VI、电涡流位移传感器III和电涡流位移传感器IV。
[0014] 所述轴承座I、所述轴承座II和所述箱体依次安装在所述工作台上。
[0015] 所述加速度传感器I和所述加速度传感器II胶粘在所述轴承座I上。所述加速度传感器I和所述加速度传感器II呈900分布。
[0016] 所述加速度传感器III和所述加速度传感器IV用胶粘在所述轴承座II上。所述加速度传感器III和所述加速度传感器IV呈900分布。
[0017] 所述加速度传感器V和所述加速度传感器VI用胶粘在所述箱体上。所述加速度传感器V和所述加速度传感器VI呈900分布。
[0018] 所述输出轴通过所述轴承座I和所述轴承座II支撑在所述工作台上。
[0019] 进一步，所述齿轮转子系统还包括行星轴、行星架、太阳齿轮、人字行星齿轮、人字内齿圈和风扇套筒。
[0020] 所述行星轴共有三根。所述行星轴固定在所述箱体上。所述行星轴一端具有螺纹。所述行星轴具有螺纹的一端通过行星轴固定螺母安装在所述行星架上，呈空心悬臂结构。
所述行星轴均布在所述太阳齿轮的周围。
[0021] 3个所述人字行星齿轮安装在对应的行星轴上。所述人字行星齿轮与所述太阳齿轮啮合，形成外啮合齿轮传动。所述人字行星齿轮与所述人字内齿圈相啮合，形成内啮合传动。
[0022] 所述人字内齿圈通过花键与所述风扇套筒(911)连接。
[0023] 在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述齿轮转子系统的所述输入轴和所述转矩转速传感器II的转轴通过所述联轴器III连接在一起。
[0024] 所述电涡流位移传感器I和所述电涡流位移传感器II用磁力座架起来对准所述输入轴。所述电涡流位移传感器I和所述电涡流位移传感器II呈90°分布。
[0025] 在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述齿轮转子系统的输出轴和所述转矩转速传感器II的转轴通过所述联轴器III连接在一起。
[0026] 所述电涡流位移传感器III和所述电涡流位移传感器IV用磁力座架起来对准所述输出轴。所述电涡流位移传感器III和所述电涡流位移传感器IV呈90°分布。
[0027] 所述转矩转速传感器II的转轴和所述磁粉制动器的转轴通过所述联轴器IV连接在一起。
[0028] 所述磁粉制动器用于模拟负载。
[0029] 所述模拟风扇转子的圆盘中间具有一个和所述输入轴相匹配的孔I。所述模拟风扇转子的圆盘通过所述孔I安装在所述输入轴上。
[0030] 所述模拟风扇转子的圆盘具有一个可以放置所述质量块I的孔II。
[0031] 在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述质量块I嵌入所述孔II。
[0032] 所述质量块I的质量m1和所述孔II的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配。
[0033] 或者，在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，在所述模拟风扇转子的圆盘上钻出孔II。此时，所述模拟风扇转子的圆盘通过打孔的方式削去质量块II。
[0034] 所述质量块II的质量m2和所述孔II的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配。
[0035] 进一步，所述孔I和所述孔II是用于模拟高速旋转下离心力的孔。
[0036] 优选的，所述孔I和所述孔II使用螺纹样式。
[0037] 进一步，该实验装置还包括控制系统、数据采集器、电涡流信号调理器、SP-DSA分析系统或计算机。
[0038] 所述控制系统控制所述直流电机的转速。
[0039] 所述控制系统控制所述磁粉制动器的负载。
[0040] 所述电涡流信号调理器对所述电涡流位移传感器I、所述电涡流位移传感器II、所述电涡流位移传感器III和所述电涡流位移传感器IV中信号的电荷进行放大。
[0041] 进一步，所述电涡流信号调理器是一种电荷放大器。
[0042] 所述数据采集器采集所述加速度传感器I、所述加速度传感器II、所述加速度传感器III、所述加速度传感器IV、所述加速度传感器V、所述加速度传感器VI和所述电涡流信号调理器中的数据。
[0043] 所述数据采集器中采集到的所有数据传递到所述SP-DSA分析系统或者所述计算机中。
[0044] 所述SP-DSA分析系统或者所述计算机对接收到的所有数据进行分析。
[0045] 采用实验装置来模拟齿轮涡扇发动机正常工作状态的实验方法，主要包括以下步骤：
[0046] 1)准备实验设备，主要包括模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置。
[0047] 2)调试整个实验设备，主要包括观察所述齿轮转子系统是否能正常旋转、确保所述转矩转速传感器I和所述转矩转速传感器II有转速信号输出。
[0048] 3)按规程检查测试系统、滑油系统和所述控制系统，确认所述测试系统、所述滑油系统和所述控制系统都能正常工作。
[0049] 4)将所述齿轮转子系统的转速缓慢提高至某一安全转速或额定工作转速，为正式实验提供参考数据。
[0050] 5)在不超过振动限制值的前提下，将所述齿轮转子系统的转速提高至实验要求的转速。
[0051] 6)观测在负载状态下的不同测点。
[0052] 7)记录在不同测点处，所述齿轮转子系统的不平衡振动响应。
[0053] 8)按实验设备操作规程停机。
[0054] 采用所述实验装置来模拟齿轮涡扇发动机风车状态的实验方法，主要包括以下步骤：
[0055] 1)准备实验设备，主要包括模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置。
[0056] 2)模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置中，将所述质量块I放置在所述模拟风扇转子的圆盘的所述孔I处。
[0057] 3)调试整个实验设备，主要包括观察所述齿轮转子系统是否能正常旋转、确保所述转矩转速传感器I和所述转矩转速传感器II有转速信号输出。
[0058] 4)按规程检查测试系统、滑油系统和所述控制系统，确认所述测试系统、所述滑油系统和所述控制系统都能正常工作。
[0059] 5)将所述齿轮转子系统的转速缓慢提高至某一安全转速或额定工作转速，为正式实验提供参考数据。
[0060] 6)在不超过振动限制值的前提下，将所述齿轮转子系统的转速提高至实验要求的转速。
[0061] 7)观测在负载状态下的不同测点。
[0062] 8)记录在不同测点处，所述齿轮转子系统的不平衡振动响应。
[0063] 9)按实验设备操作规程停机。
[0064] 采用所述实验装置来模拟齿轮涡扇发动机风车状态的实验方法，主要包括以下步骤：
[0065] 1)准备实验设备，主要包括模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置。
[0066] 2)模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置中，在所述模拟风扇转子的圆盘上钻出所述孔II。此时，所述模拟风扇转子的圆盘被削去质量块II。
[0067] 3)调试整个实验设备，主要包括观察所述齿轮转子系统是否能正常旋转、确保所述转矩转速传感器I和所述转矩转速传感器II有转速信号输出。
[0068] 4)按规程检查测试系统、滑油系统和所述控制系统，确认所述测试系统、所述滑油系统和所述控制系统都能正常工作。
[0069] 5)将所述齿轮转子系统的转速缓慢提高至某一安全转速或额定工作转速，为正式实验提供参考数据。
[0070] 6)在不超过振动限制值的前提下，将所述齿轮转子系统的转速提高至实验要求的转速。
[0071] 7)观测在负载状态下的不同测点。
[0072] 8)记录在不同测点处，所述齿轮转子系统的不平衡振动响应。
[0073] 9)按实验设备操作规程停机。
[0074] 本发明的技术效果是毋庸置疑的，本实验装置能够通过定量施加不平衡量，满足不同不平衡量及不同工况下的实验验证，从而模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失。本实验装置在模拟转子不平衡的圆盘适当的位置，钻一个孔，用连接的方式增加一个可以模拟不平衡量的质量块，便于更换和拆卸。
[0075] 因此，利用本装置可以获得不同不平衡量及不同工况下系统的动态响应特征，并研究不平衡量以及不同输入转速及负载对系统振动特性的影响规律、验证理论方法的正确性。
附图说明
[0076] 图1为实验台布置示意图。
[0077] 图2为实验测量布置示意图。
[0078] 图3为齿轮转子系统箱体连接处的局部放大图。
[0079] 图4为实验系统连接示意图。
[0080] 图5为增加了质量块的模拟风扇转子的圆盘。
[0081] 图6为去除了质量块的模拟风扇转子的圆盘。
[0082] 图中：直流电1、联轴器I2、联轴器II3、联轴器III4、联轴器IV5、转矩转速传感器I6、转矩转速传感器II7、模拟风扇转子的圆盘8、齿轮转子系统9、磁粉制动器10、质量为m1的质量块I11、质量为m2的质量块II12、工作台13、输入轴905、轴承座I902、轴承座II903、箱体904、行星轴906、行星架907、太阳齿轮908、人字行星齿轮909、人字内齿圈910、风扇套筒911、输出轴901、电涡流位移传感器I9011、电涡流位移传感器II9012、加速度传感器I9021、加速度传感器II9022、加速度传感器III9031、加速度传感器IV9032、加速度传感器V9041、加速度传感器VI9042、电涡流位移传感器III9051和电涡流位移传感器IV9052、控制系统、数据采集器、电涡流信号调理器、SP-DSA分析系统或计算机。
具体实施方式
[0083] 下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0084] 实施例1：
[0085] 一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，参见图1，模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置主要包括直流电机1、联轴器I2、联轴器II3、联轴器III4、联轴器IV5、转矩转速传感器I6、转矩转速传感器II7、模拟风扇转子的圆盘8、齿轮转子系统9、磁粉制动器10、质量为m1的质量块I11、质量为m2的质量块II12和工作台13。
[0086] 所述直流电机1、转矩转速传感器I6、所述齿轮转子系统9、所述转矩转速传感器II7和所述磁粉制动器10依次安装在所述工作台13上。
[0087] 所述直流电机1提供转速和功率。
[0088] 所述直流电机1的转轴和所述转矩转速传感器I6的转轴通过所述联轴器I2连接在一起。
[0089] 在所述模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述转矩转速传感器I6的转轴和所述齿轮转子系统9的输入轴905通过所述联轴器II3连接在一起。
[0090] 在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述转矩转速传感器I6的转轴和所述齿轮转子系统9的输出轴901通过所述联轴器II3连接在一起。
[0091] 在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟正常工作状态时，所述齿轮转子系统9的输出轴901和所述转矩转速传感器II7的转轴通过所述联轴器III4连接在一起。
[0092] 在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述齿轮转子系统9的所述输入轴905和所述转矩转速传感器II7的转轴通过所述联轴器III4连接在一起。
[0093] 所述转矩转速传感器II7的转轴和所述磁粉制动器10的转轴通过所述联轴器IV5连接在一起。
[0094] 所述磁粉制动器10用于模拟负载。
[0095] 实施例2：
[0096] 一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，参见图2和图3，所述齿轮转子系统9包括所述输出轴901、轴承座I902、轴承座II903、箱体904、所述输入轴905、电涡流位移传感器I9011、电涡流位移传感器II9012、加速度传感器I9021、加速度传感器II9022、加速度传感器III9031、加速度传感器IV9032、加速度传感器V9041、加速度传感器VI9042、电涡流位移传感器III9051和电涡流位移传感器IV9052。
[0097] 所述轴承座I902、所述轴承座II903和所述箱体904依次安装在所述工作台13上。
[0098] 所述轴承座I902、所述轴承座II903通过所述安装孔固定在所述箱体904上。
[0099] 所述加速度传感器I9021和所述加速度传感器II9022胶粘在所述轴承座I902上。所述加速度传感器I9021和所述加速度传感器II9022呈90°分布。
[0100] 所述加速度传感器III9031和所述加速度传感器IV9032用胶粘在所述轴承座II903上。所述加速度传感器III9031和所述加速度传感器IV9032呈90°分布。
[0101] 所述加速度传感器V9041和所述加速度传感器VI9042用胶粘在所述箱体904上。所述加速度传感器V9041和所述加速度传感器VI9042呈90°分布。
[0102] 所述输出轴901通过所述轴承座I902和所述轴承座II903支撑在所述工作台13上；
[0103] 所述电涡流位移传感器I9011和所述电涡流位移传感器II9012用磁力座架起来对准所述输入轴905。所述电涡流位移传感器I9011和所述电涡流位移传感器II9012呈90°分布。
[0104] 所述电涡流位移传感器III9051和所述电涡流位移传感器IV9052用磁力座架起来对准所述输出轴901。所述电涡流位移传感器III9051和所述电涡流位移传感器IV9052呈90°分布。
[0105] 进一步，所述齿轮转子系统9还包括行星轴906、行星架907、太阳齿轮908、人字行星齿轮909、人字内齿圈910和风扇套筒911。
[0106] 所述行星轴906共有三根。所述行星轴906固定在所述箱体904上。所述行星轴906一端具有螺纹。所述行星轴906具有螺纹的一端通过行星轴固定螺母安装在所述行星架907上，呈空心悬臂结构。所述行星轴906均布在所述太阳齿轮908的周围。
[0107] 3个所述人字行星齿轮909安装在对应的行星轴906上。所述人字行星齿轮909与所述太阳齿轮908啮合，形成外啮合齿轮传动。所述人字行星齿轮909与所述人字内齿圈910相啮合，形成内啮合传动。
[0108] 所述人字内齿圈910通过花键与所述风扇套筒(911)连接。
[0109] 所述模拟风扇转子的圆盘8中间具有一个和所述输出轴901相匹配的孔I。所述模拟风扇转子的圆盘8通过所述孔I安装在所述输出轴901上。
[0110] 实施例3：
[0111] 一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，参见图4，还包括控制系统、数据采集器、电涡流信号调理器、SP-DSA分析系统或计算机。
[0112] 所述控制系统控制所述直流电机1的转速。
[0113] 所述控制系统控制所述磁粉制动器10的负载。
[0114] 所述电涡流信号调理器对所述电涡流位移传感器I9011、所述电涡流位移传感器II9012、所述电涡流位移传感器III9051和所述电涡流位移传感器IV9052中信号的电荷进行放大。
[0115] 进一步，所述电涡流信号调理器是一种电荷放大器。
[0116] 所述数据采集器采集所述加速度传感器I9021、所述加速度传感器II9022、所述加速度传感器III9031、所述加速度传感器IV9032、所述加速度传感器V9041、所述加速度传感器VI9042和所述电涡流信号调理器中的数据。
[0117] 所述数据采集器中采集到的所有数据传递到所述SP-DSA分析系统或者所述计算机中。
[0118] 所述SP-DSA分析系统或者所述计算机对接收到的所有数据进行分析。
[0119] 实施例4：
[0120] 一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，参见图5，所述模拟风扇转子的圆盘8具有一个可以放置所述质量块I11的孔II。便于更换和拆卸
[0121] 进一步，所述孔II用于模拟高速旋转下离心力。
[0122] 优选的，所述孔II使用螺纹样式，所述质量块I11具有和所述孔配套的螺纹样式。
[0123] 在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，所述质量块I11嵌入所述孔II。
[0124] 所述质量块I11的质量m1和所述孔II的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘8的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配。
[0125] 进一步，所述质量块I11的不平衡量为e＝mr，m为质量块的质量，r为质量块到所述模拟风扇转子的圆盘8的圆心的距离。针对不同不平衡量，在所述孔II的位置已经确定的情况下，可以制作与模拟不平衡量对应的带有螺纹的质量块，用以模拟不同不平衡量下的状态。
[0126] 实施例5：
[0127] 一种用于模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置，参见图6，在模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验设备模拟风车状态时，在所述模拟风扇转子的圆盘8上钻出孔II。此时，所述模拟风扇转子的圆盘8通过打孔的方式削去质量块II12。
[0128] 进一步，所述孔II用于模拟高速旋转下离心力。
[0129] 优选的，所述孔II可以使用螺纹样式，所述质量块II12具有和所述孔配套的螺纹样式。
[0130] 所述质量块II12的质量m2和所述孔II的圆心到所述模拟风扇转子的圆盘8的圆心的距离的积与所要模拟的不平衡量相匹配。
[0131] 根据所述模拟风扇转子的圆盘8材料的密度，可以计算出不同平衡量下所对应的应去除所述质量块II的体积，从而钻出不同直径的孔II，用以模拟不同风车状态下的不平衡量。
[0132] 实施例6：
[0133] 采用所述实验装置来模拟齿轮涡扇发动机正常工作状态的实验方法，主要包括以下步骤：
[0134] 1)准备实验设备，主要包括模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置和测试仪器。
[0135] 2)按照模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置正常工作状态时的结构对该实验装置进行组装。
[0136] 3)对测试仪器进行检定和校准，确保测试仪器安放合理、连接正确、无干扰。
[0137] 4)检查实验设备，确保仪器仪表在检定周期内、控制系统参数正确、旋钮处于正确位置，并测试线路是否正确，通讯是否正常。再检测振动测试系统，确保电涡流位移传感器的间隙电压处于合理的范围、位移传感器在线性区工作，并轻轻敲击已安装振动加速度传感器的支座，确保测试仪器反应正常。
[0138] 5)调试整个实验设备，主要包括：观察所述齿轮转子系统9是否能正常旋转、确保所述转矩转速传感器I6和所述转矩转速传感器II7有转速信号输出。
[0139] 6)按规程检查测试系统、滑油系统和所述控制系统，确认所述测试系统、所述滑油系统和所述控制系统都能正常工作。
[0140] 7)根据实验要求调整控制参数。
[0141] 8)将所述齿轮转子系统9的转速缓慢提高至某一安全转速或额定工作转速，为正式实验提供参考数据。
[0142] 9)在不超过振动限制值前提下，将所述齿轮转子系统9的转速提高至实验要求的转速。
[0143] 10)通过控制系统调节转速和负载的数值，从而模拟不同工况。
[0144] 11)观测在同一负载状态下的不同测点。
[0145] 12)记录在不同测点处，所述齿轮转子系统9的不平衡振动响应。
[0146] 13)重复步骤12和步骤13，直至在每一个负载状态下，都观测了多个测点。
[0147] 14)按实验设备操作规程停机。
[0148] 实施例7：
[0149] 采用所述实验装置来模拟齿轮涡扇发动机风车状态的实验方法，主要包括以下步骤：
[0150] 1)准备实验设备，主要包括模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置和测试仪器。
[0151] 2)按照模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置风车状态时的结构对该实验装置进行组装。
[0152] 3)对测试仪器进行检定和校准，确保测试仪器安放合理、连接正确、无干扰。
[0153] 4)检查实验设备，确保仪器仪表在检定周期内、控制系统参数正确、旋钮处于正确位置，并测试线路是否正确，通讯是否正常。再检测振动测试系统，确保电涡流位移传感器的间隙电压处于合理的范围、位移传感器在线性区工作，并轻轻敲击已安装振动加速度传感器的支座，确保测试仪器反应正常。
[0154] 5)模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置中，将所述质量块I11放置在所述模拟风扇转子的圆盘8的所述孔II处。
[0155] 6)调试整个实验设备，主要包括：观察所述齿轮转子系统9是否能正常旋转、确保所述转矩转速传感器I6和所述转矩转速传感器II7有转速信号输出。
[0156] 7)按规程检查测试系统、滑油系统和所述控制系统，确认所述测试系统、所述滑油系统和所述控制系统都能正常工作。
[0157] 8)根据实验要求调整控制参数。
[0158] 9)将所述齿轮转子系统9的转速缓慢提高至某一安全转速或额定工作转速，为正式实验提供参考数据。
[0159] 10)在不超过振动限制值前提下，将所述齿轮转子系统9的转速提高至实验要求的转速。
[0160] 11)通过控制系统调节转速和负载的数值，从而模拟不同工况。
[0161] 12)观测在同一负载状态下的不同测点。
[0162] 13)记录在不同测点处，所述齿轮转子系统9的不平衡振动响应。
[0163] 14)重复步骤12和步骤13，直至在每一个负载状态下，都观测了多个测点。
[0164] 15)按实验设备操作规程停机。
[0165] 实施例8：
[0166] 采用所述实验装置来模拟齿轮涡扇发动机风车状态的实验方法，主要包括以下步骤：
[0167] 采用所述实验装置来模拟齿轮涡扇发动机风车状态的实验，主要包括以下步骤：
[0168] 1)准备实验设备，主要包括模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置和测试仪器。
[0169] 2)按照模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置风车状态时的结构对该实验装置进行组装。
[0170] 3)对测试仪器进行检定和校准，确保测试仪器安放合理、连接正确、无干扰。
[0171] 4)检查实验设备，确保仪器仪表在检定周期内、控制系统参数正确、旋钮处于正确位置，并测试线路是否正确，通讯是否正常。再检测振动测试系统，确保电涡流位移传感器的间隙电压处于合理的范围、位移传感器在线性区工作，并轻轻敲击已安装振动加速度传感器的支座，确保测试仪器反应正常。
[0172] 5)模拟齿轮涡扇发动机叶片丢失的实验装置中，在所述模拟风扇转子的圆盘8上钻出所述孔II。此时，所述模拟风扇转子的圆盘8被削去质量块II12。
[0173] 6)调试整个实验设备，主要包括：观察所述齿轮转子系统9是否能正常旋转、确保所述转矩转速传感器I6和所述转矩转速传感器II7有转速信号输出。
[0174] 7)按规程检查测试系统、滑油系统和所述控制系统，确认所述测试系统、所述滑油系统和所述控制系统都能正常工作。
[0175] 8)根据实验要求调整控制参数。
[0176] 9)将所述齿轮转子系统9的转速缓慢提高至某一安全转速或额定工作转速，为正式实验提供参考数据。
[0177] 10)在不超过振动限制值前提下，将所述齿轮转子系统9的转速提高至实验要求的转速。
[0178] 11)通过控制系统调节转速和负载的数值，从而模拟不同工况。
[0179] 12)观测在同一负载状态下的不同测点。
[0180] 13)记录在不同测点处，所述齿轮转子系统9的不平衡振动响应。
[0181] 14)重复步骤12和步骤13，直至在每一个负载状态下，都观测了多个测点。
[0182] 15)按实验设备操作规程停机。
