[发明专利]一种航空发动机双转子-支承-机匣试验器及其测试方法

说明书

本发明属于航空发动机试验与测试技术领域，具体为一种航空发动机双转子‑支承‑机匣试验器及其测试方法，其中，试验器包括低压转子、中央锥齿轮系统、高压转子、低压机匣、中间机匣和高压机匣；低压转子包括低压涡轮轴，低压涡轮轴贯穿中央锥齿轮系统，并与高压转子转动连接；低压转子由低压驱动电机驱动，中央锥齿轮系统与高压驱动电机连接，高压转子由中央锥齿轮系统驱动。本发明结构简化合理，根据真实发动机结构采用定比例(如2:1)缩尺设计，风扇四级盘、高压九级盘结构均与真实发动机一致。保留了真机中鼠笼、锥壳、承力幅板和柔性机匣等结构，能够真实模拟发动机转子系统结构及其振动，满足航空发动机的整机振动研究需要。

技术领域

本发明属于航空发动机试验与测试技术领域，具体为一种航空发动机双转子-支承-机匣试验器及其测试方法。

背景技术

随着航空发动机推重比的增加，转子系统结构变化大，加之航空发动机的高转速，使得航空发动机的振动问题愈加突出。航空发动机转子动力学耦合特性、转子不平衡振动的传递包括航空发动机内传外和外传内的振动传递规律以及挂点对振动传递的影响、盘鼓耦合振动特性、齿轮啮合激励等对转子不平衡振动的影响、机匣的参振等振动规律更加复杂，机理和规律存在很多不明确的地方，亟待研究。特别是，由于转子装配或者工作一段时间后，其不平衡矢量与不平衡振动规律不清楚，且由于不能直接在内部转子上进行测量，只能在航空发动机机匣上进行测量的原因，导致转子各支点间不平衡振动以及转子—支承—机匣的振动传递规律的研究需求尤为重要和迫切。

航空发动机内部转子和支撑结构复杂，现有的测试手段无法在真实发动机上直接获得转子结构本体的振动数据；数值模拟与仿真技术也无法高精度地确定航空发动机的内部振动状态数据，更难以准确分析发动机内部转子振动向外部传递的规律和在外部测点上的最终振动表现。

航空真实发动机结构复杂，影响因素较多，用航空发动机做实验研究有所限制；国内转子试验器的研制大多数采用盘轴刚性支承的结构形式，没有考虑盘鼓耦合结构以及弹性支座对转子振动特性的影响，其简化模型跟真机结构有很大的差异，不能很好的模拟真实发动机的振动特性。因此，基于结构相似及动力学相似理论，研制一种用于不平衡振动传递规律研究的双转子-支承-机匣试验器及测试方法具有创新性和重要意义。

发明内容

为了解决上述背景技术中的问题，本发明提供一种航空发动机双转子-支承-机匣试验器及其测试方法，能够有效实现转子、支撑结构和机匣之间的振动传递与测试，本发明的试验器同现有试验器相比，与真实发动机结构具有相似性，动力学特性也具有相似性。

本发明的第一个目的是提供给一种航空发动机双转子-支承-机匣试验器，包括横向依次布置的低压转子、中央锥齿轮系统和高压转子，其中：低压转子、中央锥齿轮系统和高压转子通过支撑结构固定在机架上，低压转子的外周布置有低压机匣，中央锥齿轮系统的外周布置有中间机匣，高压转子的外周布置有高压机匣，低压机匣、中间机匣、高压机匣、低压转子和高压转子均同轴布置，且由支撑结构支撑；

低压转子包括低压涡轮轴，低压涡轮轴贯穿中央锥齿轮系统，并与高压转子和中央锥齿轮系统转动连接；

低压转子由低压驱动电机驱动，中央锥齿轮系统与高压驱动电机连接，高压转子由中央锥齿轮系统驱动。

进一步的，低压转子包括低压风扇段转子和低压涡轮转子，低压风扇段转子包括风扇转轴和套装在风扇转轴上的四级风扇盘，低压涡轮转子包括低压涡轮轴、以及套装在低压涡轮轴上的低压涡轮锥壳和低压涡轮盘，低压涡轮锥壳固定安装在低压涡轮盘的外端，风扇转轴与低压涡轮轴通过联轴器连接，低压驱动电机与风扇转轴连接。

进一步的，高压转子包括高压前臂轴、高压压气机9级轮盘、高压涡轮轴、高压涡轮盘、高压涡轮锥壳和中介轴承，其中：

高压前臂轴为中空轴，高压前臂轴前端与中央锥齿轮系统连接，高压前臂轴后端与高压压气机9级轮盘连接；高压涡轮盘和部分高压压气机9级轮盘通过高压涡轮轴刚性连接，高压涡轮锥壳固定连接在高压涡轮盘的外端；