CN112577686B - 一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***，包括第一电磁式振动台；第一电磁式振动台上方固定设置有复合材料发动机火焰筒；火焰筒的正上方固定设置有石英灯辐射加热器支架；石英灯辐射加热器支架的底面，设置有中空的圆柱形反射板；圆柱形反射板的内部四周侧壁安装有多个石英灯；该火焰筒位于圆柱形反射板的内腔；火焰筒表面粘接有高温应变片和测量温度传感器；高温应变片与数据记录仪相连；测量温度传感器与数据记录仪相连；火焰筒的正上方固定设置有一个激光测振仪；激光测振仪与数据记录仪相连接。本发明可以模拟火焰筒的高温工作环境，获取火焰筒在高温环境下的某阶共振频率下的振动响应加速度数据及振动应变数据。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料航空发动机火焰筒的力学环境试验技术领域，特别是涉及一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***。
背景技术
航空发动机火焰筒是航空发动机的关键部件，是发动机燃气燃烧的部位，在发动机运行过程中处于高温环境下。为了提高发动机的推重比和热效率，减少重量，降低噪声水平，采用复合材料替代合金材料，是航空发动机火焰筒研发的方向。
目前，由于复合材料运用于火焰筒的设计还处于研发阶段，可参考的数据相对较少。为了验证复合材料航空发动机火焰筒的结构设计是否满足使用工况要求，以支撑设计的改进和优化，需要在高温环境下获取火焰筒某阶(例如一阶、二阶或者三阶)共振频率下的振动特性(包括振动响应加速度及振动应力)。
但是，目前还没有一种技术，能够在高温环境下获取火焰筒某阶(例如一阶、二阶或者三阶)共振频率下的振动特性(包括振动响应加速度及振动应力)。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***。
为此，本发明提供了一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***，包括第一电磁式振动台；
其中，第一电磁式振动台顶部的动圈，通过螺栓固定设置有水冷板；
水冷板的顶部，通过螺栓固定设置有隔热板；
隔热板的顶部，通过螺栓固定设置有高温转接板；
高温转接板顶部，通过螺栓固定设置有复合材料发动机火焰筒；
第一电磁式振动台，作为振动激励装置，用于为复合材料发动机火焰筒的振动特性试验提供激振力；
其中，复合材料发动机火焰筒的正上方，固定设置有一个环形的石英灯辐射加热器支架；
石英灯辐射加热器支架的底面，设置有中空的圆柱形反射板；
圆柱形反射板的内部四周侧壁，安装有多个石英灯；
复合材料发动机火焰筒，位于圆柱形反射板的内腔中；
其中，复合材料发动机火焰筒的表面，粘接有高温应变片和测量温度传感器；
高温应变片，与数据记录仪相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒的振动应力，然后发送给数据记录仪；
测量温度传感器，与数据记录仪相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒表面的预设温度测点处的温度，然后发送给数据记录仪；
其中，复合材料发动机火焰筒的正上方，固定设置有一个激光测振仪；
激光测振仪，位于石英灯辐射加热器支架的中心通孔的正上方；
激光测振仪，与数据记录仪相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒上的指定部位的振动响应加速度，然后发送给数据记录仪；
数据记录仪，用于接收并记录激光测振仪发来的复合材料发动机火焰筒上的指定部位的振动响应加速度、高温应变片发来的复合材料发动机火焰筒的振动应力以及测量温度传感器发来的复合材料发动机火焰筒表面的预设温度测点处的温度。
优选地，还包括水冷设备；
水冷设备，通过水管管路与水冷板、第一电磁式振动台、圆柱形反射板相连接，用于为水冷板、第一电磁式振动台和圆柱形反射板降温。
优选地，还包括控制温度传感器；
控制温度传感器，为K形铠装高温热电偶传感器，通过专用高温胶，粘贴在复合材料发动机火焰筒的复合材料筒体表面规定的温度测点处；
控制温度传感器与石英灯辐射加热器控制***通过线缆连接，形成温度闭环控制***。
优选地，还包括振动控制***；
振动控制***为闭环控制***，包括第一振动控制仪、第一功率放大器、高温加速度传感器；
其中，高温加速度传感器安装在高温转接板的顶部；
第一振动控制仪，用于根据规定的激振试验条件，输出振动信号给第一功率放大器；
第一功率放大器，与第一振动控制仪相连接，用于将第一振动控制仪输送过来的振动信号进行放大后，再输出给第一电磁式振动台，驱动第一电磁式振动台产生振动；
高温加速度传感器，用于测量第一电磁式振动台输出的加速度信号，并反馈给第一振动控制仪；
第一振动控制仪，分别与第一功率放大器和高温加速度传感器相连接，用于根据所述高温加速度传感器反馈的加速度信号，通过比较所述高温加速度传感器反馈的加速度信号以及该第一振动控制仪中设定的试验谱的振动信号，来修正第一振动控制仪最终输出的振动信号，直至第一电磁式振动台产生的振动信号符合激振试验条件的容差要求，其中所述第一振动控制仪输出的振动信号即为第一电磁式振动台产生的振动信号。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***，其可以模拟火焰筒的高温工作环境，获取火焰筒在高温环境下的某阶(例如一阶、二阶或者三阶)共振频率下的振动响应加速度数据及振动应变数据，用于探索复合材料航空发动机火焰筒在高温环境下振动特性，为复合材料火焰筒的技术研发及结构优化提供支撑。
附图说明
图1为本发明提供的一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***的整体结构示意图；
图2为在本发明中，常温模态分析试验的试验***的结构示意图；
图3为在本发明中，常温正弦振动试验的试验***的结构示意图；
图中，1为第一电磁式振动台、2为水冷设备、3为水冷板、4为隔热板、5为高温转接板；
6为高温应变片、7为数据记录仪、8为测量温度传感器、9为控制温度传感器、10为复合材料发动机火焰筒；
11为激光测振仪、12为石英灯辐射加热器固定支架、13为石英灯、14为圆柱形反射板、15为石英灯辐射加热器控制***；
16为高温加速度传感器、17为第一振动控制仪、18为第一功率放大器；
21为第二电磁式振动台、22为水冷柜、23为转接工装、24为常温应变片、25-数据采集仪；
27为常温测量加速度传感器、28为常温控制加速度传感器、29为第二振动控制仪、30为第二功率放大器。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装。
对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参见图1，本发明提供了一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***，其是进行高温正弦振动试验的试验***，具体包括第一电磁式振动台1；
其中，第一电磁式振动台1顶部的动圈，通过螺栓固定设置有水冷板3；
水冷板3的顶部，通过螺栓固定设置有隔热板4；
隔热板4的顶部，通过螺栓固定设置有高温转接板5；
高温转接板5顶部，通过螺栓固定设置有复合材料发动机火焰筒10；
第一电磁式振动台1，作为振动激励装置，用于为复合材料发动机火焰筒10的振动特性试验提供激振力；
需要说明的是，水冷板3、隔热板4和高温转接板5，一起组成转接固定工装，用于将第一电磁式振动台1的激振力传递给复合材料发动机火焰筒10。
其中，复合材料发动机火焰筒10的正上方，固定设置有一个环形的石英灯辐射加热器支架12；
石英灯辐射加热器支架12的底面，设置有中空的圆柱形反射板14；
圆柱形反射板14的内部四周侧壁，安装有多个石英灯13；
复合材料发动机火焰筒10，位于圆柱形反射板14的内腔中；
需要说明的是，石英灯13和圆环形反射板14，一起组成石英灯辐射加热器，固定在石英灯辐射加热器支架12上，将复合材料发动机火焰筒10整体罩在石英灯辐射加热器内。
需要说明的是，在本发明中，具有的高温加载及控制***，环绕在火焰筒10周围，用于为复合材料发动机火焰筒10提供符合试验要求的高温环境；高温加载及控制***包括石英灯13、圆柱形反射板14、石英灯辐射加热器控制***15、石英灯辐射加热器固定支架12和控制温度传感器9。其中，石英灯13通过导电铜排固定在中空的圆柱形反射板14上，圆柱形反射板14固定在石英灯辐射加热器固定支架12上，石英灯13通过导电铜排及线缆与石英灯辐射加热器控制***15，通过调节石英灯辐射加热器控制***15的参数，可以控制石英灯13的输出功率，从而实现不同温度的调节。
其中，复合材料发动机火焰筒10的表面，粘接有高温应变片6和测量温度传感器8；
高温应变片6，与数据记录仪7相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒10的振动应力(即振动应变数据)，然后发送给数据记录仪7；
测量温度传感器8，与数据记录仪7相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒10表面的预设温度测点处的温度，然后发送给数据记录仪7；
需要说明的是，高温应变片6，可以通过专用高温胶和特殊粘接工艺，粘贴在复合材料发动机火焰筒10的复合材料筒体表面规定的应变测点处，高温应变片6与数据记录仪7通过测试线缆连接，用于采集复合材料发动机火焰筒10的振动应变数据；
其中，复合材料发动机火焰筒10的正上方，固定设置有一个激光测振仪11；
激光测振仪11，位于石英灯辐射加热器支架12的中心通孔的正上方；
激光测振仪11，与数据记录仪7相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒10上的指定部位的振动响应加速度，然后发送给数据记录仪7；
数据记录仪7，用于接收并记录激光测振仪11发来的复合材料发动机火焰筒10上的指定部位的振动响应加速度、高温应变片6发来的复合材料发动机火焰筒10的振动应力以及测量温度传感器8发来的复合材料发动机火焰筒10表面的预设温度测点处的温度。
需要说明的是，对于本发明，激光测振仪11用于测量复合材料发动机火焰筒10的振动响应加速度数据，高温应变片6用于测量复合材料发动机火焰筒10的振动应变数据，测量温度传感器8用于测量复合材料发动机火焰筒10的不同位置处的温度响应数据，通过分析测量的数据，可以得到复合材料发动机火焰筒10的振动特性和温度分布。
需要说明的是，对于本发明，数据记录仪7、激光测振仪11、高温应变片6和测量温度传感器8一起，组成测量***。
在本发明中，具体实现上，水冷板3通过螺栓与隔热板4和高温转接板5相连接，复合材料发动机火焰筒10固定在高温转接板5上。
具体实现上，水冷板3与水冷设备2相连接，水冷板3用于防止高温传递到第一电磁式振动台1的动圈上，保护第一电磁式振动台1；
具体实现上，隔热板4的材质为耐高温矿粉，具有耐高温、低热传导率和高抗压强度的优点，隔热板4位于高温转接板5与水冷板3之间，用于减少热量传导损失；
具体实现上，高温转接板5的材质为高温合金材料，在高温下能保持良好刚度，有利于将激振力传递给复合材料发动机火焰筒10；
在本发明中，具体实现上，还包括水冷设备2；
水冷设备2，通过水管管路与水冷板3、第一电磁式振动台1、圆柱形反射板14相连接，用于为水冷板3、第一电磁式振动台1和圆柱形反射板14降温，通过水循环，起到降温的作用。
需要说明的是，水冷设备2，可以采用现有的循环冷水机，例如可以采用德国LAUDA公司生产的型号为XT550W的循环冷水机，用于对水冷板3进行冷却处理。
在本发明中，具体实现上，测量温度传感器8，为K形铠装高温热电偶传感器，通过专用高温胶，粘贴在复合材料发动机火焰筒10的复合材料筒体表面规定的温度测点处，与数据记录仪7通过测试线缆连接，用于采集复合材料发动机火焰筒10表面温度测点处的温度，获取复合材料发动机火焰筒10表面的温度分布情况及最大温度梯度，用于判断复合材料发动机火焰筒10的温度是否符合试验要求。
在本发明中，具体实现上，激光测振仪11为非接触式的多普勒高性能单点式激光测振仪，通过支架固定在距复合材料发动机火焰筒10顶部1米以上的位置处，与数据记录仪7通过测试线缆连接，用于采集复合材料发动机火焰筒10上的指定部位的振动响应。
在本发明中，具体实现上，还包括控制温度传感器9；
控制温度传感器9，为K形铠装高温热电偶传感器，通过专用高温胶，粘贴在复合材料发动机火焰筒10的复合材料筒体表面规定的温度测点处，控制温度传感器9与石英灯辐射加热器控制***15通过线缆连接，形成温度闭环控制***，温度闭环控制***用于控制和调节石英灯13的输出功率，使复合材料发动机火焰筒10的温度达到规定的试验温度要求。
需要说明的是，石英灯辐射加热器控制***15为现有的石英灯辐射加热器的控制模块，例如可以采用武汉众标测控技术有限公司生产的型号为KZGZL-P-DC300-02C的石英灯辐射加热控制器，用于控制石英灯13，对火焰筒10进行加热。
需要说明的是，石英灯13和圆柱形反射板14，一起组成石英灯辐射加热器，固定在石英灯辐射加热器支架12上，将复合材料发动机火焰筒10整体罩在石英灯辐射加热器内。
需要说明的是，第一电磁式振动台1、第一振动控制仪17、第一功率放大器18、高温加速度传感器16，连接组成振动闭环控制***，用于实现试验规定的振动试验条件。
在本发明中，具体实现上，还包括振动控制***；
振动控制***为闭环控制***，包括第一振动控制仪17、第一功率放大器18、高温加速度传感器16；
其中，高温加速度传感器16安装在高温转接板5的顶部；
第一振动控制仪17，用于根据规定的激振试验条件，输出振动信号给第一功率放大器18；
第一功率放大器18，与第一振动控制仪17相连接，用于将第一振动控制仪17输送过来的振动信号进行放大后，再输出给第一电磁式振动台1，驱动第一电磁式振动台1产生振动；
高温加速度传感器16，用于测量第一电磁式振动台1输出的加速度信号，并反馈给第一振动控制仪17；
第一振动控制仪17，分别与第一功率放大器18和高温加速度传感器16相连接，用于根据所述高温加速度传感器16反馈的加速度信号，通过比较所述高温加速度传感器16反馈的加速度信号以及该第一振动控制仪17中设定的试验谱的振动信号，来修正第一振动控制仪17最终输出的振动信号(即修正试验谱的振动信号)，直至第一电磁式振动台1产生的振动信号符合激振试验条件的容差要求，其中所述第一振动控制仪17输出的振动信号即为第一电磁式振动台1产生的振动信号。
需要说明的是，对于本发明，修正是调整的意思，高温加速度传感器16反馈的加速度电压信号与第一振动控制仪17设定的试验谱进行对比，当反馈信号小于设定试验谱时，第一振动控制仪17会增大输出信号，当反馈信号大于设定试验谱时，第一振动控制仪17会减小输出信号，不断重复以上过程，最终使反馈信号与设定试验谱保持一致。
需要说明是，试验条件的容差一般是规定控制在设定试验谱的±3dB以内，才能符合试验标准的要求。
在本发明中，具体实现上，所述第一电磁式振动台1，可以是任意一种电磁式振动台，例如可以为北京航天希尔测试技术有限公司生产的型号为MPA409/M437A/GT800M的振动台，该振动台具有直耦式电动振动试验***。
在本发明中，具体实现上，所述数据记录仪7，可以是任意一种具有以上功能的数据采集仪，例如可以为江苏泰斯特电子设备制造有限公司生产的型号为TST5912的数据采集分析仪，其具有动态信号测试分析***
在本发明中，具体实现上，所述第一振动控制仪17，可以为杭州亿恒科技有限公司生产的型号为ECON VT-9016的振动控制仪。
在本发明中，具体实现上，所述第一功率放大器18，可以为北京航天希尔测试技术有限公司生产的型号为MPA409的功率放大器，其是智能开关功率功放器。
在本发明中，具体实现上，所述高温加速度传感器16，可以是任意一种高温加速度传感器，例如可以为奇瑞士奇石乐仪器股份有限公司型生产的型号为8202A型的高温加速度传感器，即陶瓷剪切高温电荷输出型加速度计。
在本发明中，具体实现上，所述激光测振仪11，可以为德国Polytec生产的型号为OFV-505/5000高性能单点式激光测振仪，其是基于激光多普勒原理的Polytec高性能单点式激光测振仪。
在本发明中，具体实现上，所述高温应变片6，可以为美国Vishay生产的型号为ZWP-NC-063-120高温应变片，其是高温丝式应变片。
为了更加清楚地理解本发明，下面说明本发明进行高温正弦振动试验的具体流程，具体包括以下步骤：
1、通过螺栓将水冷板3固定在第一电磁式振动台1的动圈上；
2、通过高温螺栓将隔热板4、高温转接板5固定在水冷板3上；
3、在高温转接板5上固定高温加速度传感器16，线缆与第一振动控制仪17连接，然后与第一电磁式振动台1、第一功率放大器18连接，组成振动闭环控制***，调试***至正常状态；
4、将高温应变片6、测量温度传感器8粘贴在规定的测试位置，通过线缆与数据记录仪7连接，启动数据记录仪7，调试高温应变片6、测量温度传感器8的数据至正常；
5、将复合材料发动机火焰筒10固定在高温转接板5上；
6、组装石英灯13、圆柱形反射板14、石英灯辐射加热器支架12，将火焰筒10整体罩在石英灯辐射加热器内，在复合材料发动机火焰筒10上粘贴控制温度传感器9，连接石英灯辐射加热器控制***15，形成温度加载闭环控制***，调试***至正常状态；
7、安装固定激光测振仪11，通过线缆与数据记录仪7连接，开启激光测振仪11和数据记录仪7，进行对焦调试，至信号正常；
8、在第一振动控制仪17上设置规定的振动试验条件，在数据记录仪7上设置数据采集参数，调试控制***和测量***至正常；
9、开启石英灯辐射加热器控制***15，设定试验温度，对复合材料发动机火焰筒10进行加热，当控制温度传感器9处温度达到规定控制温度时，进行保温，直至复合材料发动机火焰筒10上各测量温度传感器8处温度波动在±5℃内；
10、开启第一振动控制仪17和第一功率放大器18，进行正弦扫频振动试验，监测振动控制曲线，当振动达到规定条件(具体条件为正弦扫频试验条件，频率范围为10～2000Hz，振动加速度量级为1g)且控制稳定后，开启数据记录仪7，采集激光测振仪11和高温应变片6的振动响应信号，获取激光测点的振动加速度传递函数曲线及高温应变计(即高温应变片)测得的振动应变数据；
11、根据测得的传递函数曲线，确定高温状态下某阶模态频率的确切数值。
12、以确定的模态频率作为正弦定频振动的试验频率(即高温状态下的振动试验频率，为了确定高温状态下的振动试验频率，具体确认步骤如下文所述)，进行正弦定频试验。获取复合材料发动机火焰筒10在规定量级及试验频率下，高温应变片的应变响应。同时对火焰筒的振动疲劳性能进行考核。
需要说明的是，对于本发明，对火焰筒进行正弦定频振动试验，试验中或试验结束后，如果火焰筒筒体及其部件产生裂纹或损坏，则说明其振动疲劳性能不合格，若无异常，则说明其振动疲劳性能合格。
在本发明中，对于第一振动控制仪17，规定的激振试验条件包括：高温状态下的振动试验频率，该高温状态下的振动试验频率为火焰筒在高温环境下的某阶(例如一阶、二阶或者三阶)共振频率。
具体实现上，为了确定高温状态下的振动试验频率，具体包括以下操作步骤S1至S3：
步骤S1，开展复合材料航空发动机火焰筒在固定状态下的有限元模态分析和有限元频率响应分析，分别获取有限元模态分析结果和有限元频率响应分析结果。
具体实现上，该有限元分析可以采用成熟的有限元建模分析软件进行，如Patran、Ansys等。
具体实现上，有限元模态分析的基本流程为：建立复合材料航空发动机火焰筒的几何模型、对几何模型进行网格划分建立有限元分析模型、设置模型的边界约束、设置模型的材料数据、提交进行有限元模态分析、获取有限元模态分析结果、提取火焰筒在所关心的某阶共振频率下的振型及应变最大位置。
具体实现上，频率响应分析的基本流程为：建立复合材料航空发动机火焰筒的几何模型、对几何模型进行网格划分建立有限元分析模型、设置模型的边界约束、设置加载频率参数、设置模型的材料数据、提交进行频率响应分析、获取频率响应分析结果、提取火焰筒在所关心的某阶共振频率下的频率响应分析结果和振型以及应变最大位置。
以上获取的有限元模态分析结果及有限元频率响应分析结果，作为模态试验和正弦振动试验的理论参考。
步骤S2，通过常温模态试验的试验***，在常温状态下开展复合材料航空发动机火焰筒在固定状态下的模态分析试验，获得复合材料发动机火焰筒10的一阶模态频率对应的模态振型中的振动响应最大点位置及应变最大位置。
具体实现上，参见图2所示，常温模态分析试验的试验***包括：模态力锤、电荷放大器、加速度传感器、数据采集分析仪；
其中，模态力锤由锤体、锤头和力传感器组成，用于敲击火焰筒，产生激振力；
电荷放电器，用于将力传感器输入的电荷信号转换为电压信号；
加速度传感器，粘贴于复合材料发动机火焰筒10上，用于振动响应信号的测量；
数据采集分析仪，用于采集力传感器和加速度传感器的信号，并通过软件内部的数据处理功能，获取频率响应函数曲线，进行模态参数识别，获取复合材料发动机火焰筒10的模态频率、模态阻尼和模态振型以及记录每个模态频率对应的模态阻尼和模态振型；
具体实现上，常温模态分析试验的试验***，进行模态分析的基本想流程如下：
步骤S21、将复合材料发动机火焰筒10固定在振动台的扩展台面上。
步骤S22、参照前面步骤S1的有限元模态分析获取的模态振型，确定复合材料发动机火焰筒10的测点位置。
步骤S23、在测点处粘贴加速度传感器，连接电缆，并与数据采集分析仪连接。
步骤S24、利用信号线将模态力锤的力传感器连接到电荷放大器上，然后将电荷放大器与数据采集分析仪连接。
步骤S25、在数据采集仪上设置模态试验的参数，并调试由模态力锤、电荷放大器、加速度传感器、数据采集分析仪所组成的模态试验***至正常。
步骤S26、利用模态力锤敲击复合材料发动机火焰筒10，获取模态试验数据。
步骤S27、利用数据采集分析仪，处理试验数据，获得频率响应函数，然后进行模态参数识别，获得模态频率、模态阻尼和模态振型，以及记录每个模态频率对应的模态阻尼和模态振型；
步骤S28、将上面模态试验获得的模态频率、模态阻尼和模态振型与步骤S1中获得的有限元模态分析结果进行比对，确定“模态频率、模态阻尼和模态振型”等数据的有效性。
需要说明的是，当模态试验获取的模态振型与有限元模态分析结果的模态振型一致，以及模态试验获取的模态频率与有限元模态分析结果的模态频率阶次和顺序一致时，则确定模态频率、模态阻尼和模态振型数据有效。
步骤S29、在获取的模态试验结果中，确定其中一阶模态频率作为后续试验频率，按照该一阶模态频率对应的模态振型，确定一阶模态频率对应的模态振型中的振动响应最大点位置及应变最大位置。
步骤S3，通过常温正弦振动试验的试验***，在常温状态下开展复合材料航空发动机火焰筒在固定状态下的正弦振动试验，确定高温状态下的振动试验频率。
具体实现上，参见图3所示，常温正弦振动试验的试验***包括：第二电磁式振动台21、第二功率放大器30、第二振动控制仪29、常温测量加速度传感器27、常温控制加速度传感器28、常温应变片24和数据采集仪25；
其中，第二电磁式振动台21，用于为复合材料发动机火焰筒10的正弦振动试验提供激振力；
第二振动控制仪29，用于控制第二电磁式振动台21输出正弦信号；
常温测量加速度传感器27，用于测量复合材料发动机火焰筒10上规定测点处的加速度响应。
具体实现上，第二电磁式振动台21顶部，设置有转接工装23(现有的转接工装，例如为现有的夹持工装)；
转接工装23上，固定有复合材料发动机火焰筒10；
复合材料发动机火焰筒10表面，粘接有常温应变片24；
常温应变片24，与数据采集仪25相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒10的振动应力(即振动应变数据)，然后发送给数据采集仪25；
复合材料发动机火焰筒10的顶部，设置有常温测量加速度传感器27；
常温测量加速度传感器27，与数据采集仪25相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒10表面的温度，然后发送给数据采集仪25；
具体实现上，转接工装23上设置有常温控制加速度传感器28；
常温控制加速度传感器28，与第二振动控制仪29相连接；
第二振动控制仪29，与第二功率放大器30相连接
具体实现上，第二电磁式振动台21，还与现有的水冷柜相连。
具体实现上，常温正弦振动试验的试验***进行的常温正弦振动试验的流程，具体如下：
步骤S31、将复合材料发动机火焰筒10固定在第二电磁式振动台21的扩展台面上。
步骤S32、参照前面步骤S1的有限元模态分析获取的模态振型及应变最大点位置，在火焰筒上粘贴测量加速度传感器(即常温测量加速度传感器27)，具体在复合材料发动机火焰筒10的振型最大点位置粘贴加速度传感器，在应变最大点位置及附近位置粘贴常温应变计(即常温应变片24)；
需要说明的是，在复合材料发动机火焰筒10与工装的连接处粘贴加速度传感器(即常温控制加速度传感器28)作为振动控制传感器。
步骤S33、将应变计与数据采集分析仪连接，调试至正常；
步骤S34、将第二振动控制仪与第二功率放大器、常温控制加速度传感器28连接，调试至正常；
步骤S35、在第二振动控制仪上设置正弦扫频试验条件，运行振动控制试验***，进行正弦扫频试验。
步骤S36、获得正弦扫频试验中各测点的传递函数曲线，然后与步骤S1获得的有限元模态分析结果和有限元频率响应分析结果进行比对，并根据振动响应及应变响应幅值大小(即步骤S29确定的一阶模态频率对应的模态振型中的振动响应最大点位置及应变最大位置)，确定作为高温状态下的振动试验频率的模态频率及试验方向；高温状态下的振动试验频率的模态频率，即作为高温环境下的某阶共振频率；
需要说明的是，对于该火焰筒产品，扫频方向为垂向和水平两个方向，通过扫频试验分别获取两个方向的传递函数曲线数据，将获取的传递函数曲线、模态振型，与模态仿真分析结果进行对比，将某阶模态频率下，振动响应和应变响应幅值较大的方向作为试验的方向，该模态频率作为试验频率。
选取振动响应及应变响应最大的方向作为试验方向。通过确定试验方向，能够确保能够在最严苛的试验条件下考核试验产品的结构强度。
步骤S37、在确定的模态频率及试验方向上进行定频正弦振动试验，确定应变最大的位置，作为在高温振动特性及振动疲劳试验中应变测点的位置(即高温应变片6粘贴的应变测点位置)。
与现有技术相比较，本发明具有以下的有益技术效果：
1、本发明通过有限元分析、常温模态试验和常温正弦振动试验，可以准确确定高温状态下的振动试验频率，解决了无法在高温下进行复杂模态试验确定试验频率的难点。
2、本发明可以测量获取复合材料火焰筒在高温状态下的应变数据，可以为火焰筒高温环境下的振动特性的分析提供较真实的应变数据支撑。
3、本发明既可以获得复合材料火焰筒在常温下的振动特性，与有限元分析结果相互验证，又可以获取复合材料火焰筒高温下的振动特性，为复合材料火焰筒高温状态下的振动特性评估提供数据依据。
基于以上技术方案可知，对于本发明，可以获取火焰筒在高温环境下的某阶重点关注的共振频率下的振动响应加速度数据及振动应变数据，获取复合材料火焰筒在共振频率下的振动疲劳特性，为复合材料火焰筒的技术研发及结构优化提供支撑。
需要说明的是，对于本发明提供的一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***，其利用有限元模态分析、频率响应分析与常温模态试验、常温正弦振动试验相结合的方法，测量得到复合材料火焰筒在某阶(例如一阶、二阶或者三阶)重点关注的模态频率下的高温振动响应和振动应变数据，获取了复合材料火焰筒在高温环境下的振动特性。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***，其可以模拟火焰筒的高温工作环境，获取火焰筒在高温环境下的某阶共振频率下的振动响应加速度数据及振动应变数据，用于探索复合材料航空发动机火焰筒在高温环境下振动特性，为复合材料火焰筒的技术研发及结构优化提供支撑。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***，其特征在于，包括第一电磁式振动台(1)；
其中，第一电磁式振动台(1)顶部的动圈，通过螺栓固定设置有水冷板(3)；
水冷板(3)的顶部，通过螺栓固定设置有隔热板(4)；
隔热板(4)的顶部，通过螺栓固定设置有高温转接板(5)；
高温转接板(5)顶部，通过螺栓固定设置有复合材料发动机火焰筒(10)；
第一电磁式振动台(1)，作为振动激励装置，用于为复合材料发动机火焰筒(10)的振动特性试验提供激振力；
其中，复合材料发动机火焰筒(10)的正上方，固定设置有一个环形的石英灯辐射加热器支架(12)；
石英灯辐射加热器支架(12)的底面，设置有中空的圆柱形反射板(14)；
圆柱形反射板(14)的内部四周侧壁，安装有多个石英灯(13)；
复合材料发动机火焰筒(10)，位于圆柱形反射板(14)的内腔中；
其中，复合材料发动机火焰筒(10)的表面，粘接有高温应变片(6)和测量温度传感器(8)；
高温应变片(6)，与数据记录仪(7)相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒(10)的振动应力，然后发送给数据记录仪(7)；
测量温度传感器(8)，与数据记录仪(7)相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒(10)表面的预设温度测点处的温度，然后发送给数据记录仪(7)；
其中，复合材料发动机火焰筒(10)的正上方，固定设置有一个激光测振仪(11)；
激光测振仪(11)，位于石英灯辐射加热器支架(12)的中心通孔的正上方；
激光测振仪(11)，与数据记录仪(7)相连接，用于采集复合材料发动机火焰筒(10)上的指定部位的振动响应加速度，然后发送给数据记录仪(7)；
数据记录仪(7)，用于接收并记录激光测振仪(11)发来的复合材料发动机火焰筒(10)上的指定部位的振动响应加速度、高温应变片(6)发来的复合材料发动机火焰筒(10)的振动应力以及测量温度传感器(8)发来的复合材料发动机火焰筒(10)表面的预设温度测点处的温度；
复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***还包括水冷设备(2)；
水冷设备(2)，通过水管管路与水冷板(3)、第一电磁式振动台(1)、圆柱形反射板(14)相连接，用于为水冷板(3)、第一电磁式振动台(1)和圆柱形反射板(14)降温；
复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***还包括控制温度传感器(9)；
控制温度传感器(9)，为K形铠装高温热电偶传感器，通过专用高温胶，粘贴在复合材料发动机火焰筒(10)的复合材料筒体表面规定的温度测点处；
控制温度传感器(9)与石英灯辐射加热器控制***(15)通过线缆连接，形成温度闭环控制***。
2.如权利要求1所述的复合材料航空发动机火焰筒的高温振动特性试验***，其特征在于，还包括振动控制***；
振动控制***为闭环控制***，包括第一振动控制仪(17)、第一功率放大器(18)、高温加速度传感器(16)；
其中，高温加速度传感器(16)安装在高温转接板(5)的顶部；
第一振动控制仪(17)，用于根据规定的激振试验条件，输出振动信号给第一功率放大器(18)；
第一功率放大器(18)，与第一振动控制仪(17)相连接，用于将第一振动控制仪(17)输送过来的振动信号进行放大后，再输出给第一电磁式振动台(1)，驱动第一电磁式振动台(1)产生振动；
高温加速度传感器(16)，用于测量第一电磁式振动台(1)输出的加速度信号，并反馈给第一振动控制仪(17)；
第一振动控制仪(17)，分别与第一功率放大器(18)和高温加速度传感器(16)相连接，用于根据所述高温加速度传感器(16)反馈的加速度信号，通过比较所述高温加速度传感器(16)反馈的加速度信号以及该第一振动控制仪(17)中设定的试验谱的振动信号，来修正第一振动控制仪(17)最终输出的振动信号，直至第一电磁式振动台(1)产生的振动信号符合激振试验条件的容差要求，其中所述第一振动控制仪(17)输出的振动信号即为第一电磁式振动台(1)产生的振动信号。
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