[发明专利]航空发动机叶片疲劳试验中对转子温度场进行修正的方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机叶片疲劳试验中对转子温度场进行修正的方法，其采用了热电偶测温与红外测温相结合的方式进行温度测点布置，可以在有限的空间内获得更多的温度标定测温数据，有利于提高温度标定结果的准确度，并且考虑了转子在旋转状态下的径向变形，对加热线圈到叶片尖端的径向距离进行了调整，并采用温度标定和传热分析得到的温度场进行应力分析，从而得到试验转速进行叶片疲劳试验，从加热线圈的结构设计、加热功率和试验转速三个方面对叶片疲劳试验的转子温度场进行了修正，大大提升了叶片疲劳试验的准确性和可靠性。

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片疲劳试验技术领域，特别地，涉及一种航空发动机叶片疲劳试验中对转子温度场进行修正的方法。

背景技术

在正式开始航空发动机叶片疲劳试验前，需要对转子(包括叶片和轮盘)进行温度标定，现有温度标定方法是直接对非旋转状态转子进行温度标定，然后近似等效为试验状态转子温度场。然而，在叶片疲劳试验中，由于受到热膨胀和旋转离心力的影响，试验转子会发生明显径向变形，对于通过电磁感应加热叶片的方式，非旋转状态试验转子和旋转状态试验转子由于不同的变形，导致电磁感应加热效果不一致，从而导致温度标定的叶片、轮盘温度场数据与实际试验状态的加热效果存在误差；而且，目前用于叶片疲劳试验的温度标定方案只能指导传热分析时叶片考核部位的温度，对叶尖加热区温度分布和叶片考核附近温度分布缺少针对性的布点方案设计，导致温度标定结果对传热分析的指导效果欠佳，尤其是叶片考核部位温度梯度模拟的误差会直接影响试验转速计算的准确性，进而影响叶片疲劳试验的有效性。同时，在传热分析中，采用的叶片单一热传导率导致叶片顶部最高温度失真以及叶片考核部位区域温度梯度模拟失真，即便是采用分区设置热传导率进行传热分析，由于加热区与传热区的界限未明确，会导致叶身温度分布模拟存在误差。

综上所述，目前在叶片疲劳试验中由于温度标定方法、加热结构设计、传热分析以及试验转速计算等过程中因设计方法考虑不足累积的误差，最终会让叶片疲劳试验的有效性大大降低。研究发现，对于考核部位温度较高的短涡轮叶片，这种误差是不可接受的。在开展某型航空发动机叶片疲劳试验过程中，温度标定时叶片考核部位温度达标时的加热功率要明显大于试验状态所需的加热功率，由此可知叶片疲劳试验用温度标定的加热功率属于过考核，且得到的温度场数据也不能代表试验状态的真实温度场，由温度标定而来的试验转速也是不准确的。

发明内容

本发明提供了一种航空发动机叶片疲劳试验中对转子温度场进行修正的方法，以解决目前在叶片疲劳试验中由于温度标定方法、加热结构设计、传热分析以及试验转速计算等过程存在的不足，从而导致叶片疲劳试验的准确性、有效性较差的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种航空发动机叶片疲劳试验中对转子温度场进行修正的方法，包括以下步骤：

步骤S1：进行叶片加热效果调试以确定温度标定用的加热线圈的尺寸、加热功率和其到叶片尖端的距离；

步骤S2：采用热电偶测温结合红外测温的方式进行温度测点布置；

步骤S3：采用温度标定用的加热线圈对叶片和轮盘的装配件进行温度标定，当叶片考核部位在加热线圈的加热功率恒定的情况下保持温度稳定时，记录此时的加热功率、各热电偶测点和各红外测点的温度测量值；

步骤S4：基于各热电偶测点和各红外测点的温度测量值进行分区传热分析以得到叶片和轮盘在试验状态下的模拟温度场；

步骤S5：基于叶片和轮盘在试验状态下的模拟温度场进行叶片、轮盘应力分析，通过调整应力分析中的转速值，使得叶片考核部位的应力水平与工作状态下的应力水平相同，此时的转速值作为叶片疲劳试验的试验转速；

步骤S6：基于叶片和轮盘在试验状态下的模拟温度场进行转子变形有限元仿真分析，得到旋转状态下的转子和非旋转状态下的转子在加热线圈加热下的变形差别，以得到叶片尖端因旋转状态产生的径向变形值；