[发明专利]基于空气介质的发动机机匣高温高压强度试验系统及方法

说明书

本申请属于航空发动机环境模拟技术领域，特别涉及一种基于空气介质的发动机机匣高温高压强度试验系统及方法。系统包括：常温高压空气子系统，主要用于提供试验所用的常温高压空气；高温高压空气子系统，主要用于提供试验所用的高温高压空气；冷热空气掺混子系统，主要为了实现温度载荷快速加、卸载速率，进而提升试验效率；温压载荷测控子系统，主要用于实现发电机机匣温度载荷和压力载荷的精确测量和协调控制。本申请的基于空气介质的发动机机匣高温高压强度试验系统，能够实现试验条件下发动机机匣结构高温高压载荷环境的真实模拟，能够满足发动机机匣在实际工作载荷量级下的强度试验验证需求。

技术领域

本申请属于航空发动机环境模拟技术领域，特别涉及一种基于空气介质的发动机机匣高温高压强度试验系统及方法。

背景技术

机匣是航空发动机中的主要零部件之一，起支承转子和固定静子的作用，并且机匣与其他部件一起构成发动机的气流通道，发动机的推力也通过机匣传到飞机上。因此，机匣是发动机的重要承力和传力部件。同时，作为航空发动机热端部件，涡轮机匣和燃烧室机匣还工作高温燃气环境中，温度载荷引起的热应变和蠕变也是机匣疲劳寿命需要考虑的。正是由于机匣所受的载荷复杂，航空发动机在实际使用中，由于低循环疲劳、高循环疲劳、热应力和蠕变等原因造成的静子机匣裂纹、变形等故障时有发生，给发动机正常运行带来了严重的隐患。而国内缺乏机匣类部相关试验验证，特别是高温高压环境下试验技术和能力。此外，从发动机机匣结构设计、初始飞行前以及设计定型阶段，在航空发动机各类标准规范和适航条例均对航空发动机机匣结构的温度和压力工作环境做出了相关规定，并明确了机匣高温高压强度试验验证对于发动机设计和研制的重要程度。同时，由于我国当前航空发动机型号研制处于快速发展时期，对机匣类部件提出了大量的强度试验验证需求。因此，无论是适航条例和标准规范规定要求，还是型号研制需求，都亟开展机匣类部件高温高压强度试验系统研制和方法研究，以满足当前机匣高温高压强度试验验证的需求，助力我国军民用航空发动机的研制。

现有技术中，一般采用以下方式实现机匣类部件高温高压强度试验：1)通过电阻丝加热带实现机匣内表面温度载荷施加，利用水囊实现机匣压力载荷的模拟。但受限于电阻丝加热带本身的加热能力，温度载荷加载能力有限，且温度加载均匀性较差；2)基于石英灯利用辐射加热方式进行机匣内表面温度加载，通过高压空气实现机匣压力载荷模拟；但由于石英灯暴露于高压空气中，导致压力载荷加载能力受限；3)使用石墨加热器进行机匣温度载荷模拟，利用高压氮气实现机匣压力载荷加载。其存在石墨加热器电极易氧化和石墨加热器设计较难等问题。此外，上述试验方法中存在的共性问题为：无法较为真实地模拟机匣实际空气工作环境，且无法满足机匣在实际工作载荷量级下的强度试验验证需求。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种基于空气介质的发动机机匣高温高压强度试验系统及方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。

本申请的技术方案是：

本申请的第一个方面提供了一种基于空气介质的发动机机匣高温高压强度试验系统，包括：

常温高压空气子系统，包括第一管路以及由所述第一管路的第一端至第二端依次设置的第一空压机、第一油气分离器、第一干燥器、第一储气罐；

高温高压空气子系统，包括第二管路以及由所述第二管路的第一端至第二端依次设置的第二空压机、第二油气分离器、第二干燥器、第二储气罐、空气加热器；

冷热空气掺混子系统，包括第三管路、第四管路以及由所述第三管路的第一端至第二端依次设置的温度掺混器、发动机机匣试验模块、排气塔，其中，所述温度掺混器分别连接所述第一管路的第二端、所述第二管路的第二端以及所述第四管路的第一端，所述第四管路的第二端连接所述排气塔；

温压载荷测控子系统，包括PLC控制器以及设置在所述第一管路、第二管路、所述第三管路以及所述第四管路上的多个测控单元。