一种双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试装置的制作方法

1.本技术属于双转子涡扇发动机领域，特别涉及一种双转子涡扇发动 机整机高压涡轮转子动应力测试装置。


背景技术：

2.双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试是世界上公认的难 题，存在测试改装空间有限、遥测系统布局和测试信号引出困难等多项 技术瓶颈。因此开展双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试技 术研究，对于提升我国航空发动机整机测试能力具有重要意义。
3.国内行业内对高压涡轮转子的动应力测试均在单转子发动机或核心 机上开展，通常采用遥测系统或滑环引电器实现测试信号由转子到地面 测试设备的传输。遥测系统或滑环引电器均由转子部件和静子组件构成。 转子部件安装于转子轴的轴端并随轴转动，静子部件安装于发动机静止 的零部件上(例如，承力机匣)。高涡转子上的测试信号引线通常沿涡 轮盘表面进入涡轮轴心，并连接到安装于轴端的遥测/引电器系统，如申 请公开号为cn112446146a的专利申请。
4.现有技术方案的缺点如下：
5.由于整机条件下无法在高压涡轮轴的轴端安装遥测或引电器，现有 技术方案不适用于双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试。因 此如何对双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子进行动应力测试是一个需 要解决的问题。


技术实现要素：

6.本技术的目的是提供了一种双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动 应力测试装置，以解决现有技术中无法对整机条件下的双转子涡扇发动 机的高压涡轮转子进行动应力测试的问题。
7.本技术的技术方案是：一种双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动 应力测试装置，包括近程遥测安装座、高涡盘测试机构、静子测试机构、 高涡盘测试引线、包括近程遥测安装座、高涡盘测试机构、静子测试机 构、高涡盘测试引线、静子测试引线、高温应变计；所述近程遥测安装 座设于高压压气机转子组件的级间盘心处并高压压气机转子组件相连， 所述高涡测试机构与近程遥测安装座相连；所述静子测试机构设于中介 机匣上并保持不动；所述高涡盘测试机构与静子测试机构均设于近程遥 测安装座内，所述高涡盘测试机构包括信号处理件、与信号处理件电连 接的第一供电件和发射天线；所述静子测试机构包括第二供电件和接收 天线，所述发射天线和接收天线径向耦合，所述第一供电件和第二供电 件径向耦合对信号处理件进行供电；所述高温应变计设于高压涡轮转子 上，所述高涡盘测试引线连接于高温应变计和信号处理件之间，所述静 子测试引线设于静子测试机构与台架测试设备之间。
8.优选地，还包括设于近程遥测安装座与高压涡轮后轴之间的双层引 线导管，所述
双层引线导管上开设有沿着高压涡轮转子轴向布置的引线 通道，所述近程遥测安装座开设有斜孔，所述高涡盘测试引线从斜孔内 穿出进入到引线通道的一端、并从引线通道的另一端伸出与高温应变计 相连。
9.优选地，还包括冷却气路，所述近程遥测安装座上开设有圆孔，所 述冷却气路的冷却气从台架压缩空气引出、经过高涡盘测试机构与静子 测试机构之间后从近程遥测安装座的圆孔排出，所述静子测试引线设于 冷却气路内。
10.优选地，所述信号处理件包括遥测电路安装支架、遥测电路模块、 转子测试引线，所述第一供电件包括感应供电副线圈、转子绝缘环；所 述遥测电路模块、转子绝缘环和发射天线均设于遥测电路安装支架上， 所述感应供电副线圈绕制于转子绝缘环上；所述第二供电件包括遥测静 子安装座、感应供电主线圈、静子绝缘环；所述遥测静子安装座设于中 介机匣上，所述接收天线、静子绝缘环设于遥测静子安装座上，所述感 应供电主线圈绕制于静子绝缘环上，所述接收天线与台架测试设备相连； 所述接收天线和发射天线同轴相对设置，所述感应供电主线圈和感应供 电副线圈同轴相对布置。
11.优选地，所述遥测电路模块通过密封胶封装到遥测电路安装支架内 部；所述转子绝缘环在内侧凹槽上绕制感应供电副线圈，并利用胶黏剂 固定；所述转子绝缘环通过胶黏剂固定到遥测电路安装支架上；
12.所述静子绝缘环在内侧凹槽上绕制感应供电主线圈，并利用胶黏剂 固定；所述接收天线通过胶黏剂固定于静子绝缘环外侧凹槽上，所述静 子绝缘环通过胶黏剂固定于遥测静子安装座上。
13.优选地，所述遥测电路安装支架上设有位于不同侧壁上的第一卡槽 结构和第二卡槽结构；所述第一卡槽结构与近程遥测安装座之间连接有 周向定位销，所述第二卡槽结构与近程遥测安装座之间连接有轴向定位 销、端面锁片、端面锁紧螺母；所述遥测静子安装座与中介机匣之间连 接有紧固螺钉。
14.优选地，所述近程遥测安装座包括与转轴配合的内侧、用于安装高 涡盘测试机构和静子测试机构的中侧、与高压涡轮转子配合的外侧，中 侧位置开设有环形槽结构，所述环形槽上开设有多个销钉孔并分别与轴 向定位销和周向定位销配合，所述环形槽的上端面设有螺纹结构，所述 近程遥测安装座的外侧均布有多个螺栓孔。
15.优选地，所述引线通道的两端设有第一引线斜孔和第二引线斜孔， 所述双层引线导管的外表面设有多组环形加强筋，所述双层引线导管的 外壁上分别设有第一带状凹台结构和第二带状凹台结构，所述近程遥测 安装座上设有第一带状凸台结构，所述第一带状凹台结构与第一带状凸 台结构相配合。
16.优选地，所述高压涡轮后轴上设有后轴改装件，所述后轴改装件内 开设有供高涡盘测试引线伸出的第三引线斜孔，所述第三引线斜孔与第 二引线斜孔的角度相同，所述高涡盘测试引线从第三引线斜孔内伸出后 与高温应变计相连，所述后轴改装件上设有与第二带状凹台结构配合的 第二带状凸台结构，所述后轴改装件上开设有能够引入冷却气的排气孔。
17.一种双转子涡扇发动机，包括如权利要求1
‑
9任一所述的高压涡轮转 子动应力测试装置。
18.本技术的一种双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试装 置，在高压压
气机转子组件的级间盘心处设置高涡盘测试机构与静子测 试机构，高涡盘测试机构与高压涡轮转子同步转动，静子测试机构保持 不动，高涡盘测试机构通过高涡盘测试引线对高压涡轮转子的动应力进 行测试，对该信号处理后通过径向耦合发送至静子测试机构，静子测试 机构通过径向耦合对高涡盘测试机构内的电路进行供电，实现近程高压 涡轮转子的动应力稳定测量。
19.优选地，通过在近程遥测安装座与高压涡轮后轴之间设置双层引线 导管，双层引线导管上设置引线通道，高涡盘测试引线穿过引线通道以 实现长距离的稳定传输。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地 介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
21.图1为本技术实施例一整体剖视结构示意图；
22.图2为本技术实施例一双层引线导管剖视结构示意图；
23.图3为本技术实施例一近程遥测系统剖视结构示意图；
24.图4为本技术实施例一第一和第二卡槽结构的结构示意图；
25.图5为本技术实施例一近程遥测安装座剖视结构示意图；
26.图6为本技术实施例一后轴改装件结构示意图。
27.1、近程遥测安装座；2、近程遥测系统；3、双层引线导管；4、后 轴改装件；5、导管锁紧螺母；6、冷却气路；7、高涡盘测试引线；8、 轴向定位销；9、周向定位销；10、螺纹结构；11、圆孔；12、斜孔；13、 第一带状凸台结构；14、螺栓孔；15、遥测电路模块；16、遥测电路安 装支架；17、感应供电副线圈；18、转子绝缘环；19、端面锁片；20、 端面锁紧螺母；21、发射天线；22、静子测试引线；23、遥测静子安装 座；24、紧固螺钉；25、接收天线；26、静子绝缘环；27、感应供电主 线圈；28、转子测试引线；29、第一卡槽结构；30、第二卡槽结构；31、 第一带状凹台结构；32、第一引线斜孔；33、环形加强筋；34、第二引 线斜孔；35、第二带状凹台结构；36、第二带状凸台结构；37、第三引 线斜孔；38、排气孔；39、风扇转子组件；40、高压压气机转子组件； 41、高压涡轮转子组件；42、低压涡轮转子组件；43、中介机匣；44、 支点轴承；45、低压涡轮轴；46、高温应变计。
具体实施方式
28.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本 申请实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描 述。
29.实施例一，一种双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试装 置，如图1、3所示，包括近程遥测安装座1、高涡盘测试机构、静子测试 机构、高涡盘测试引线7、静子测试引线22和高温应变计46。
30.双转子涡扇发动机包括风扇转子组件39、高压压气机转子组件40、 燃烧室、高压涡轮转子组件41、低压涡轮转子组件42、中介机匣43、支 点轴承44、低压涡轮轴45、喷口。风扇转子、低压涡轮转子和低压涡轮 轴45组成低压转子，高压压气机转子、高压涡轮轴组成高压转子。根据 双转子涡扇发动机的整机结构特点可知，无法在轴端安装遥测或引电器。
31.为了对双转子涡扇发动机高压涡轮转子的振动应力进行测试，首先 需要满足环
境温度的要求，即测试部位的温度不能过高；而后需要保证 测试部位供电和信号的输出，以对采集到到的信号进行处理并输出；最 后需要满足空间需求，而滑环引电器作为一个单独功能的整体件，不可 拆分，占用的空间较大，难以满足空间需求。因此，本技术采用径向耦 合的方式来进行供电和信号的输出，同时占用的空间大幅减少，径向耦 合的两方为静子测试机构和高涡盘测试机构，静子测试机构固定不动以 连接外部设备，高涡盘测试机构与高压涡轮转子同步运动以满足测试需 求。
32.静子测试机构设于中介机匣43上，静子测试机构和静子测试引线22 固定不动。近程遥测安装座1设于高压压气机转子组件40上，近程遥测安 装座1、高涡盘测试机构和高涡盘测试引线7跟随高压压气机转子组件40 同步运动。
33.由于高压涡轮转子处的环境温度大于700℃，近程遥测安装座1安装 在高压压气机转子组件40的级间盘心处，以解决高压涡轮转子处环境温 度较高使遥测及引电器等测试装置超温损坏的问题。
34.高涡盘测试机构与静子测试机构形成遥测电路，高涡盘测试机构与 静子测试机构均设于近程遥测安装座1内，高涡盘测试机构包括信号处理 件、与信号处理件相连的第一供电件和发射天线21；静子测试机构包括 第二供电件和接收天线25。发射天线21与接收天线25径向耦合，发射天 线21能够将信号处理件处理后的信号发送至接收天线25内，满足信号输 出的需求；第一供电件与第二供电线径向耦合，以满足对信号处理件供 电的需求。
35.高温应变计46设于高压涡轮转子上，高涡盘测试引线7连接于高温应 变计46和高涡盘测试机构之间，静子测试引线22设于静子测试机构与台 架测试设备之间，测试信号通过高涡盘测试引线7和静子测试引线22实现 长距离传输。
36.在进行高压涡轮转子的振动应力测试时，高温应变计46感知高压涡 轮转子的振动测试信号，测试信号通过高涡盘测试引线7，传递至信号处 理件内，信号处理件对测试信号进行放大、滤波、采集后，由发射天线 21将高压涡轮转子测试信号发出，与发射天线21正对的接收天线25接收 此信号，并经过静力测试引线传输至台架测试设备，完成测试信号的传 递。在此过程中，第一供电件和第二供电件发生相互的转动，对信号处 理件进行有效的供电。突破了双转子涡扇发动机整机测试改装空间有限、 遥测系统布局和测试信号引出困难等技术瓶颈，解决了传输的轴端遥测/ 引电器系统无法完成双转子涡扇发动机整机高压涡轮转子动应力测试的 难题。
37.如图1、2所示，优选地，为了实现引线的高涡盘测试引线7的长距离 稳定传输，还包括设于近程遥测安装座1和高压涡轮后轴之间的双层引线 导管3，双层引线导管3呈圆柱形并套设于高压轴和低压轴之间，高压轴 位于双层引线导管3的内侧，双层引线导管3跟随高压涡轮转子同步运动。
38.双层引线导管3上开设有沿着高压涡轮转子轴向布置的引线通道，近 程遥测安装座1上开设有斜孔12，所述高涡盘测试引线7从斜孔12穿出并 引入到引线通道的一端、并从引线通道的另一端伸出与高温应变计46相 连。由于高涡盘测试引线7与高压涡轮转子同步转动，双层引线导管3对 高涡盘测试引线7起到有效的保护作用，以实现高涡盘测试引线7的长距 离稳定传输。
39.如图1、3、4所示，优选地，为了保证高涡盘测试机构和静子测试机 构能够稳定工作，还包括冷却气路6。中介机匣43上设有篦齿套，冷却气 路6设于中介机匣43和篦齿套之
间，也即是中介机匣43根据冷却气路6的 排布进行相应的改装，近程遥测安装座1上开设有圆孔11，冷却气路6的 冷却气从台架压缩空气引出、经过高涡盘测试机构与静子测试机构之间 后从近程遥测安装座1的圆孔11排出，静子测试引线22设于冷却气路6内。
40.在高涡盘测试机构与静子测试机构工作时，冷却气经过冷却气路6流 入到两者之间，持续冷却以保证两者的稳定工作，静子测试引线22设于 冷却气路6内一方面能够对静子测试引线22进行冷却，另一方面减少了静 子测试引线22的排线问题。
41.从圆孔11内排出的冷却气沿着高压涡轮转子的轴向方向继续流动， 流入到高压涡轮转子的后轴处对高压涡轮转子进行冷却，在不影响高压 涡轮轴正常运行的情况下，对高压涡轮转子和高涡盘测试引线7起到了冷 却作用。
42.优选地，信号处理件包括遥测电路安装支架16、遥测电路模块15、 转子测试引线28，第一供电件包括感应供电副线圈17、转子绝缘环18； 遥测电路模块15、转子绝缘环18和发射天线21均设于遥测电路安装支架 16上，感应供电副线圈17绕制于转子绝缘环18上，转子测试引线28与遥 测电路模块15相连并从近程遥测安装座1引出与高涡盘测试引线7相接。
43.第二供电件包括遥测静子安装座23、感应供电主线圈27、静子绝缘 环26；遥测静子安装座23设于中介机匣43上，接收天线25、静子绝缘环 26设于遥测静子安装座23上，感应供电主线圈27绕制于静子绝缘环26上， 接收天线25与台架测试设备相连，接收天线25与感应供电主线圈27为不 同的两股线，并均由静子测试引线22进行传输。
44.接收天线25和发射天线21同轴相对设置，感应供电主线圈27和感应 供电副线圈17同轴相对布置。接收天线25、发射天线21、感应供电主线 圈27、感应供电副线圈17均呈圆环状，感应供电主线圈27和感应供电副 线圈17实现转动条件下高压转子上遥测电路模块15的有效供电。
45.优选地，为了保证遥测电路的性能，还需要设计一种遥测电路封装 结构，以实现对遥测电路的固定、密封、绝缘和保护。具体包括，遥测 电路模块15通过密封胶封装到遥测电路安装支架16内部，转子绝缘环18 在内侧凹槽上绕制感应供电副线圈17，并利用胶黏剂固定，转子绝缘环 18通过胶黏剂固定到遥测电路安装支架16上。
46.静子绝缘环26在内侧凹槽上绕制供电主线圈，并利用胶黏剂固定， 接收天线25通过胶黏剂固定于静子绝缘环26外侧凹槽上，静子绝缘环26 通过胶黏剂遥测静子安装座23上。
47.上述结构实现了对遥测电路的密封、绝缘与保护。
48.遥测静子安装座23与中介机匣之间连接有紧固螺钉24，遥测电路安 装支架16上设有位于不同侧壁上的第一卡槽结构29和第二卡槽结构30， 第一卡槽结构29和第二卡槽结构30均包括两组并排间隔设置并与近程遥 测安装座1相抵的卡板，第一卡槽结构29与近程遥测安装座1之间连接有 周向定位销9，第二卡槽结构30与近程遥测安装座1之间连接有轴向定位 销8。以实现遥测电路的稳定固定。
49.通过以上设计，不仅实现了遥测电路的固定、密封、绝缘和保护， 同时增强了遥测电路的电热性能，提高了高转速下遥测模块对振动、冲 击、电磁干扰等不利因素的抵抗能力。
50.如图1、5所示，优选的，近程遥测安装座1分为内、中、外三个部分， 内侧为台阶状
的中空圆柱体并套设于转轴上，在其台阶一侧设有对称分 布的两个第一带状凸台结构13，第一带状凸台结构13呈弧形设置。
51.中侧为开口朝向冷却气路6一侧的中空圆柱体，中侧位置开设有环形 槽结构，遥测电路设于环形槽内，环形槽的周面侧壁上均布有多个销钉 孔，并用于与遥测电路安装支架16配合安装周向定位销9，用于近程遥测 系统2的周向限位，防止测试中近程遥测系统2发生轴向转动；在环形槽 的端部设有与轴向定位销8配合的销钉孔，用于对近程遥测系统2的轴向 限位。
52.圆孔11和斜孔12沿着环形槽的端部均匀布设，在环形槽上端面、也 即是开口处设有螺纹结构10，遥测电路安装支架16与螺纹结构10之间设 有环形的端面锁片19和端面锁紧螺母20，端面锁紧螺母20与端面锁片19 和螺纹结构10配合，实现遥测电路安装支架16与近程遥测安装座1之间的 相互固定。螺纹结构10的外侧设有与篦齿套紧密配合的篦齿，用于密封 并保证冷却气路6内冷却气的流向遥测电路。
53.近程遥测安装座1的外侧为开口朝向高压压气机转子的中空圆柱结 构，外侧的圆柱体开口处设有翻边，在翻边上、也即是近程遥测安装座1 的底面上均布有多个螺栓孔14，用于将近程遥测安装座1固定到高压压气 机转子组件40上。
54.如图2所示，优选地，双层引线导管3沿其周向均布有多组引线通道， 高涡盘测试引线7共有多股并分别设于不同的引线通道内，引线通道的两 端设有第一引线斜孔32和第二引线斜孔34，双层引线导管3的外表面设有 多组环形加强筋33，双层引线导管3的外壁上分别设有第一带状凹台结构 31和第二带状凹台结构35，第一带状凹台结构31与第一带状凸台结构13 相配合，第二带状凹台结构35用于与高压涡轮后轴配合固定，从而对高 涡盘测试引线7起到有效的保护作用。双层引线导管3的外表面设有多组 环境加强筋33，以提高双层引线导管3的强度。
55.如图1、6所示，优选地，高压涡轮后轴上设有后轴改装件4，后轴改 装件4包括连接部和锥体部，连接部呈v形结构并与高压涡轮转子组件41 相连，锥体部远离双层引线导管3的一端设有第二带状凸台结构36，第二 带状凸台结构36与第二带状凹台结构35相互锁紧，并且锥体部的端部还 设有将双层引线导管3固定到后轴改装件4上的导管锁紧螺母5。
56.锥体部上对应第二引线斜孔34的位置处开设有第三引线斜孔37，第 二引线斜孔34与第三引线斜孔37的角度相同，高涡盘测试引线7从第二引 线导管内伸出后，穿过第三引线斜孔37并沿着连接部与高温应变计46相 连。高涡盘测试引线7伸出锥体部上的部分通过金属薄片以点焊的方式固 定。
57.锥体部与连接部之间开设有多个沿转轴周向布设的排气孔38，从近 程遥测安装座1的引出的冷却气穿过高压涡轮转子组件41并进入到排气 孔38处，并从排气孔38排出进行冷却。
58.实施例二，一种双转子涡扇发动机，包括如实施例一所述的高压涡 轮转子动应力测试装置，具有能够对双转子涡扇发送机整机高压涡轮转 动动应力进行有效测试的技术效果。
59.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此， 本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围
为准。