CN109164041B - 一种高温环境下阻尼测量试验件 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空发动机技术领域，具体是涉及高温环境下阻尼测量。本发明公开了一种高温环境下阻尼测量试验件，所述试验件包括横梁及设置在横梁下方的支撑台，所述横梁与支撑台之间设置有压紧块，所述压紧块端部设置有外伸梁，且外伸梁固定于横梁底部，所述支撑台与压紧块之间设置有摩擦块，所述横梁上位于支撑台两侧分别固定有高温合金丝A，所述试验件还包括配重，且配重通过高温合金丝B悬挂在压紧块上。所述摩擦块为两块对称安装在支撑台和压紧块之间，并且分别通过燕尾槽与支撑台和压紧块连接。本发明能够测量高温摩擦阻尼，通过本发明能够找到影响高温摩擦阻尼的主要因素，为设计、改进航空发动机摩擦减震机构提供试验数据支撑。

Description

一种高温环境下阻尼测量试验件
技术领域
本发明属于航空发动机技术领域，具体是涉及高温环境下阻尼测量。
背景技术
航空发动机在工作时，叶片受到气动激振力的作用会在某些转速或者工况下发生共振现象。为了减小叶片振幅，在风扇叶身中部设计摩擦减震凸台，图1位置1，在涡轮叶片叶冠处设计锯齿型减振摩擦面，图2位置2和位置3，在涡轮叶片叶根处设计摩擦阻尼器，图2位置4。设计减震凸台、摩擦面和阻尼器时需要得到摩擦阻尼与温度的关系。风扇叶片工作温度较低，容易测得摩擦阻尼，但是涡轮叶片工作在1600℃以上的高温燃气中，所以测量摩擦面的摩擦阻尼就很困难。
悬丝耦合弯曲共振法是测量材料弹性模量的方法之一。其通过测量试验件的共振频率换算出弹性模量。
本发明在悬丝耦合弯曲共振法基础上加以改进，新设计适用于定性测量高温摩擦阻尼的试验件。将悬丝固定在距离试验件两端0.21l(l表示试验件长度)位置(该位置共振响应和测量精度最优)，并将试验件放入高温炉。试验件两端的悬丝其中一根连接激振器，另一根连接拾振器。通过激振器发出相同频率和幅值的激振力，测量不同温度、配重11、摩擦块8材质、摩擦块8表明粗糙度等条件下拾振器的信号幅值。从而研究影响高温摩擦阻尼的主要因素。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高温环境下阻尼测量试验件。
本发明通过以下技术方案予以实现。
一种高温环境下阻尼测量试验件，包括横梁及设置在横梁下方的支撑台，所述横梁与支撑台之间设置有压紧块，所述压紧块端部设置有外伸梁，且外伸梁固定于横梁底部，所述支撑台与压紧块之间设置有摩擦块。
所述横梁上位于支撑台两侧分别固定有高温合金丝A。
所述试验件还包括配重，且配重通过高温合金丝B悬挂在压紧块上。
所述摩擦块为两块对称安装在支撑台和压紧块之间，并且分别通过燕尾槽与支撑台和压紧块连接。
所述高温合金丝A设置在横梁长度的0.21倍处。
所述横梁上位于高温合金丝A位置及压紧块上位于高温合金丝B位置均设置有限位槽。
本发明的有益效果在于：
通过本发明能够定性测量高温摩擦阻尼；能够得到高温条件下摩擦块的材料、表面粗糙度和压紧力与摩擦阻尼之间的关系，找到影响摩擦阻尼最大的因素，并为设计、改进航空发动机摩擦减震机构提供试验数据支撑。与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)本发明利用悬丝耦合弯曲共振法定性测量高温摩擦阻尼，扩展了该方法的适用范围，解决了高温摩擦阻尼测量难题；
(2)试验得到的结果能够为设计航空发动机摩擦减震凸台提供数据支持，通过改变摩擦块的材料、表面粗糙度和压紧力可以得到最佳的减震效果。从而指导叶片减震凸台的设计工作；
(3)能够验证高温环境下正压力对摩擦阻尼是否有影响，高温环境下摩擦块因软化、氧化等引起摩擦阻尼的改变，该试验件能够验证温度与摩擦阻尼的关系，同时也能够验证高温下正压力与摩擦阻尼的关系；
(4)因采用悬丝耦合弯曲共振法测量试验件的振动频率与幅值，其测量精度能够满足±1Hz，所以该试验件测得的摩擦阻尼精度较高。
附图说明
图1是风扇叶片叶身中部摩擦减震凸台的结构示意图；
图2是涡轮叶片叶冠摩擦减震和叶根摩擦阻尼器结构示意图；
图3是本发明所述的摩擦振动试验件的结构示意图；
图4为本发明中摩擦振动试验件的实施例一结构示意图；
图5为采用本发明所述的摩擦振动试验件进行共振频率测量示意图；
图中：1-减震凸台，2-锯齿型压紧面，3-带冠叶片，4-枞树型榫头，5-高温合金丝A，6-横梁，7-支撑台，8-摩擦块，9-压紧块，10-外伸梁，11-配重，12-高温合金丝B，13-高温炉外壁，14-拾振器，15-激振器。
具体实施方式
下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图3所示，本发明所述的一种高温环境下阻尼测量试验件，包括横梁6及设置在横梁6下方的支撑台7，所述横梁6与支撑台7之间设置有压紧块9，所述压紧块9端部设置有外伸梁10，且外伸梁10固定于横梁6底部，所述支撑台7与压紧块9之间设置有摩擦块8。采用该试验件可由悬丝共振法测量不同压紧力、不同温度与试验件共振频率之间的关系。
所述横梁6上位于支撑台7两侧分别固定有高温合金丝A5。用于试验时将横梁6与激振器15和拾振器14连接。
所述试验件还包括配重11，且配重11通过高温合金丝B12悬挂在压紧块9上。
所述摩擦块8为两块对称安装在支撑台7和压紧块9之间，并且分别通过燕尾槽与支撑台7和压紧块9连接。摩擦块8与支撑台7和压紧块9成紧密配合。
所述高温合金丝A5设置在横梁6长度的0.21倍处。
所述横梁6上位于高温合金丝A5位置及压紧块9上位于高温合金丝B12位置均设置有限位槽。便于固定高温合金丝A5和高温合金丝B12，以防止试验过程中因试验件振动而导致高温合金丝A5和高温合金丝B12位移移动。
所述摩擦块8中心到横梁6一端的距离l1为55mm，摩擦块8中心到横梁6顶面的距离l2为6.5mm，外伸梁厚度l3为0.5mm。
本发明的实施例，本发明所述的减震试验件主体由高温合金一体线切割加工而成，如图4所示，试验件的横梁6的长度为130mm，宽度为5mm，厚度为2mm。摩擦块8的尺寸为6mm×5mm，支撑台7的厚度为3mm，摩擦块8的厚度为1.5mm。摩擦块8对称安装在支撑台7和压紧块9之间，并与压紧块9和横梁6上的支撑台7通过燕尾槽连接，二者紧密配合。在实际制造中，摩擦块8的材料为硬质合金，与航空发动机摩擦减震凸台材料相同。并且摩擦块8和航空发动机摩擦减震凸台的表面粗糙度相同。在压紧块9上和横梁6的0.21l处设计有直径为Φ0.5mm的高温合金丝限位槽，以防止试验过程中因试验件振动而导致的高温合金丝位移移动。经过ANSYS有限元计算，得到图4中l1、l2和l3的最优尺寸分别为55mm、6.5mm和0.5mm。在该尺寸组合下，如图5所示的拾振器14测得的共振振幅最大。
高温合金丝A5和高温合金丝B12分别用于连接试验件主体与配重11。合金丝要求能在1600℃下工作10min，并且具有一定的承载能力。本发明采用直径为Φ0.1mm的铁络铝高温合金丝或者镍铬合金丝，该直径的高温合金丝既有较好的高温承载能力，在高温时又有较高的刚度。高温环境下合金丝刚度越高，共振现象越明显。
本发明中所述配重11同样采用高温合金制成，且制成带孔板状。规格分别为5g、10g、15g和20g四种。根据激振器15的输出功率可适当增大配重11的质量。设计不同配重质量的目的是验证高温环境下，压紧力改变是否能引起摩擦阻尼的改变。因为不同工况下，热胀冷缩使得涡轮叶片减震凸台间的压紧力不相同。
采用本发明制作好的试验件进行振动频率和幅值测量时，如图5所示，通过高温合金丝A5将本发明所述的试验件悬挂在高温炉外壁13内，拾振器14安装在激振器15上，高温合金丝A5下端固定在试验件的横梁6上，上端与拾振器14相连。配重11通过高温合金丝B12悬挂在试验件的压紧块9上。待试验件安装固定好后，测得室温到1600℃之间若干温度下相同规格配重11试验件的振动频率和幅值，得到温度与测量幅值之间的关系。相同温度下，测量不同配重11试验件的振动频率和幅值，得到温度与配重11(正压力)之间的关系。相同温度和配重11条件下改变不同材料或者表面状态的摩擦块8，以得到材料或者表面状态与摩擦阻尼之间的关系。

Claims (3)

1.一种高温环境下阻尼测量试验件，其特征在于：包括横梁(6)及设置在横梁(6)下方的支撑台(7)，所述横梁(6)与支撑台(7)之间设置有压紧块(9)，所述压紧块(9)端部设置有外伸梁(10)，且外伸梁(10)固定于横梁(6)底部，所述支撑台(7)与压紧块(9)之间设置有摩擦块(8)；所述横梁(6)上位于支撑台(7)两侧分别固定有高温合金丝A(5)；所述试验件还包括配重(11)，且配重(11)通过高温合金丝B(12)悬挂在压紧块(9)上；所述高温合金丝A(5)设置在横梁(6)长度的0.21倍处；所述的试验件悬挂在高温炉外壁(13)内，拾振器(14)、激振器(15)分别安装在高温炉外壁(13)的支架两侧，高温合金丝A(5)下端固定在试验件的横梁(6)上，上端与拾振器(14)相连；配重(11)通过高温合金丝B(12)悬挂在试验件的压紧块(9)上；待试验件安装固定好后，测得室温到1600℃之间温度下相同规格配重(11)试验件的振动频率和幅值，得到温度与测量幅值之间的关系。
2.根据权利要求1所述的一种高温环境下阻尼测量试验件，其特征在于：所述摩擦块(8)为两块上下对称安装在支撑台(7)和压紧块(9)之间，并且分别通过燕尾槽与支撑台(7)和压紧块(9)连接。
3.根据权利要求1所述的一种高温环境下阻尼测量试验件，其特征在于：所述横梁(6)上位于高温合金丝A(5)位置及压紧块(9)上位于高温合金丝B(12)位置均设置有限位槽。
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