机匣热压联合加载试验装置及其使用方法与流程

本发明属于发动机技术领域，尤其涉及一种机匣热压联合加载试验装置及其使用方法。

背景技术：

在考核航空发动机机匣强度试验中，需要在机匣内腔模拟发动机传递给机匣的热载荷和压力载荷，通过热载荷和压力载荷的联合加载考核机匣强度。因此，需设计一套热压联合加载试验装置放置在机匣内腔，在不同温度下对机匣施加内压载荷进行机匣强度考核。

可见，亟需一种能够在航空发动机机匣热压联合加载强度试验中单独可控热载荷和压力载荷的加载试验装置，以便设置不同温度进行线性内压载荷加载。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种机匣热压联合加载试验装置及其使用方法，至少解决上述部分技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种机匣热压联合加载试验装置，所述加载试验装置包括：

加压系统，加压系统包括沿机匣的径向布局的承压装置和传压装置，所述承压装置的第一侧面与所述传压装置的第二侧面贴合，所述传压装置的第三侧面与机匣的内表面贴合，所述承压装置的第一侧面、以及所述传压装置的第二侧面和第三侧面均采用柔性材料制成；

加热组件，所述加热系统设置在所述传压装置的第三侧面，所述加热系统用于对所述机匣的内表面加热；

反力系统，所述反力系统包括沿所述机匣的轴向布局的第一反力组件和第二反力组件，所述第一反力组件和所述第二反力组件分别设置于所述承压装置和所述传压装置的两端，所述第一反力组件和所述第二反力组件用于在对所述机匣径向加压、加热的同时，约束所述承压装置和所述传压装置的轴向变形。

可选的，所述承压组件为承压油囊，所述承压油囊的远离所述第一侧面的表面上设置有进回油管路；

所述传压组件包括所述第二侧面和第三侧面围合成的容纳腔体，所述容纳腔体内盛放有流沙。

可选的，所述承压油囊的外表面贴合有隔热层；

所述第三侧面上的所述加热组件为贴合在所述机匣内表面的加热垫；

所述装置还包括贴合在机匣外表面的与所述加热垫相对的隔热层。

可选的，所述第一反力组件包括固定底盘和轴向反力轴，所述轴向反力轴的第一端固定在所述固定底盘上，所述轴向反力轴与所述机匣的中心轴重合；

以及，

所述第二反力组件包括动密封活塞和锁紧螺母，所述动密封活塞套设在所述轴向反力轴的第二端，所述锁紧螺母将所述动密封活塞锁紧在所述轴向反力轴上；

所述承压装置和所述传压装置位于所述动密封活塞和所述固定底盘之间。

可选的，所述承压装置和所述传压装置均为环形结构，所述传压装置的内环面贴合在所述承压装置的外环面，所述轴向反力轴位于所述承压装置的环形中心；

所述反力系统还包括径向反力轴，所述径向反力轴套设在所述轴向反力轴上，且所述径向反力轴的外表面与所述承压装置的内环面贴合。

可选的，所述径向反力轴为环形轴，所述径向反力轴的内环面与所述轴向反力轴的外表面存在间隙；

所述承压装置的进回油管路位于所述间隙内，从所述固定底盘上的通孔伸出。

可选的，所述第二反力组件还包括导向盘，所述导向盘包括扭力加载组件和限位滑杆，所述扭力加载组件设置于所述限位滑杆的端部，所述限位滑杆设置于所述动密封活塞的外环面，且所述限位滑杆与所述机匣连接。

第二方面，本发明实施例提供了一种加载试验装置的使用方法，应用于如第一方面中任一项所述的加载试验装置；所述方法包括：

利用充压设备为所述加载试验装置的承压装置充压，使得所述承压装置在设定压力下膨胀；

所述承压装置将膨胀压力通过传压装置将均匀压力施加在机匣不规则内表面；

在对机匣加压的同时，利用加热系统通过加热组件对机匣内表面进行加热，以及，通过反力系统约束承压装置和传压装置的轴向变形。

可选的，所述第一反力组件包括固定底盘和轴向反力轴，所述轴向反力轴的第一端固定在所述固定底盘上，所述轴向反力轴与所述机匣的中心轴重合；所述第二反力组件包括动密封活塞和锁紧螺母，所述动密封活塞套设在所述轴向反力轴的第二端，所述锁紧螺母将所述动密封活塞锁紧在所述轴向反力轴上；所述承压装置和所述传压装置位于所述动密封活塞和所述固定底盘之间；

所述利用充压设备为所述加载试验装置的承压装置充压，使得所述承压装置在设定压力下膨胀的步骤之前，所述方法还包括：

将固定底盘的底部固定，将所述机匣通过周向分布的螺栓与所述固定底盘连接，将所述轴向反力轴和所述径向反力轴通过固定底盘的定位孔安装在固定底盘上，将所述动密封活塞通过锁紧螺母与轴向反力轴固定连接；

在所述动密封活塞与所述导向盘的底面设计密封铜垫；

将所述承压油囊通过加压口的固定装置安装在径向反力轴，在所述承压油囊的外径先安装一个与承压油囊同半径的刚性薄壁定型结构，再将传压流沙灌入加热层和定型结构的内腔并夯实定型，承压油囊充满油后取掉定型结构。

上述本发明实施例提供的机匣热压联合加载试验装置及其使用方法，包括：加压系统，加压系统包括沿机匣的径向布局的承压装置和传压装置，所述承压装置的第一侧面与所述传压装置的第二侧面贴合，所述传压装置的第三侧面与机匣的内表面贴合，所述承压装置的第一侧面、以及所述传压装置的第二侧面和第三侧面均采用柔性材料制成；加热组件，所述加热系统设置在所述传压装置的第三侧面，所述加热系统用于对所述机匣的内表面加热；反力系统，所述反力系统包括沿所述机匣的轴向布局的第一反力组件和第二反力组件，所述第一反力组件和所述第二反力组件分别设置于所述承压装置和所述传压装置的两端，所述第一反力组件和所述第二反力组件用于在对所述机匣径向加压、加热的同时，约束所述承压装置和所述传压装置的轴向变形。

这样，通过附着在机匣内表面的加热带实现机匣温度，利用隔热系统防止热量向机匣以外的部分传递，通过反力系统的固定底盘和动密封活塞约束加压油囊的轴向变形，使承压油囊压力向沿机匣径向分布的传压流沙膨胀，利用流沙流固两相的特性，使固体流沙适应机匣不规则内表面，传压流沙在压力下流动将均匀压力施加在机匣内表面，通过加压装置的有机配合，利用充压装置施加压力，用压力传感器和温度传感器分别采集压力值和温度值，实现不同温度下的内压加载，达到机匣热压联合加载试验强度考核的目的。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种机匣热压联合加载试验装置的结构示意图示意图；

图2为本发明实施例提供的机匣热压联合加载试验装置的部分结构示意图示意图；

图3为本发明实施例提供的机匣热压联合加载试验装置的使用方法的流程示意图。

附图标记汇总：

固定底盘1、轴向反力轴2、径向反力轴3、动密封活塞4、导向盘5、锁紧螺母6、加压口7、冷却通道8、隔热层9、承压油囊10、液压油11、传压流沙12、加热层13、机匣14、密封铜垫15。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，为本发明实施例提供的一种机匣热压联合加载试验装置的结构示意图。如图1和图2所示，所述装置主要包括：

加压系统，加压系统包括沿机匣的径向布局的承压装置和传压装置，所述承压装置的第一侧面与所述传压装置的第二侧面贴合，所述传压装置的第三侧面与机匣的内表面贴合，所述承压装置的第一侧面、以及所述传压装置的第二侧面和第三侧面均采用柔性材料制成；

加热组件，所述加热系统设置在所述传压装置的第三侧面，所述加热系统用于对所述机匣的内表面加热；

反力系统，所述反力系统包括沿所述机匣的轴向布局的第一反力组件和第二反力组件，所述第一反力组件和所述第二反力组件分别设置于所述承压装置和所述传压装置的两端，所述第一反力组件和所述第二反力组件用于在对所述机匣径向加压、加热的同时，约束所述承压装置和所述传压装置的轴向变形。

可选的，所述承压组件为承压油囊，所述承压油囊的远离所述第一侧面的表面上设置有进回油管路；

所述传压组件包括所述第二侧面和第三侧面围合成的容纳腔体，所述容纳腔体内盛放有流沙。

可选的，所述承压油囊的外表面贴合有隔热层；

所述第三侧面上的所述加热组件为贴合在所述机匣内表面的加热垫；

所述装置还包括贴合在机匣外表面的与所述加热垫相对的隔热层。

可选的，所述第一反力组件包括固定底盘和轴向反力轴，所述轴向反力轴的第一端固定在所述固定底盘上，所述轴向反力轴与所述机匣的中心轴重合；

以及，

所述第二反力组件包括动密封活塞和锁紧螺母，所述动密封活塞套设在所述轴向反力轴的第二端，所述锁紧螺母将所述动密封活塞锁紧在所述轴向反力轴上；

所述承压装置和所述传压装置位于所述动密封活塞和所述固定底盘之间。

可选的，所述承压装置和所述传压装置均为环形结构，所述传压装置的内环面贴合在所述承压装置的外环面，所述轴向反力轴位于所述承压装置的环形中心；

所述反力系统还包括径向反力轴，所述径向反力轴套设在所述轴向反力轴上，且所述径向反力轴的外表面与所述承压装置的内环面贴合。

可选的，所述径向反力轴为环形轴，所述径向反力轴的内环面与所述轴向反力轴的外表面存在间隙；

所述承压装置的进回油管路位于所述间隙内，从所述固定底盘上的通孔伸出。

可选的，所述第二反力组件还包括导向盘，所述导向盘包括扭力加载组件和限位滑杆，所述扭力加载组件设置于所述限位滑杆的端部，所述限位滑杆设置于所述动密封活塞的外环面，且所述限位滑杆与所述机匣连接。

上述本发明实施例提供的机匣热压联合加载试验装置及其使用方法，包括：加压系统，加压系统包括沿机匣的径向布局的承压装置和传压装置，所述承压装置的第一侧面与所述传压装置的第二侧面贴合，所述传压装置的第三侧面与机匣的内表面贴合，所述承压装置的第一侧面、以及所述传压装置的第二侧面和第三侧面均采用柔性材料制成；加热组件，所述加热系统设置在所述传压装置的第三侧面，所述加热系统用于对所述机匣的内表面加热；反力系统，所述反力系统包括沿所述机匣的轴向布局的第一反力组件和第二反力组件，所述第一反力组件和所述第二反力组件分别设置于所述承压装置和所述传压装置的两端，所述第一反力组件和所述第二反力组件用于在对所述机匣径向加压、加热的同时，约束所述承压装置和所述传压装置的轴向变形。这样，通过附着在机匣内表面的加热带实现机匣温度，利用隔热系统防止热量向机匣以外的部分传递，通过反力系统的固定底盘和动密封活塞约束加压油囊的轴向变形，使承压油囊压力向沿机匣径向分布的传压流沙膨胀，利用流沙流固两相的特性，使固体流沙适应机匣不规则内表面，传压流沙在压力下流动将均匀压力施加在机匣内表面，通过加压装置的有机配合，利用充压装置施加压力，用压力传感器和温度传感器分别采集压力值和温度值，实现不同温度下的内压加载，达到机匣热压联合加载试验强度考核的目的。

此外，参见图3，本发明实施例还提供了一种机匣热压联合加载试验装置使用方法，应用于如图1所示的实施例提供的加载装置。如图2所示，所述机匣热压联合加载试验装置的使用方法主要包括以下步骤：

s301，利用充压设备为所述加载试验装置的承压装置充压，使得所述承压装置在设定压力下膨胀；

s302，所述承压装置将膨胀压力通过传压装置将均匀压力施加在机匣不规则内表面；

s303，在对机匣加压的同时，利用加热系统通过加热组件对机匣内表面进行加热，以及，通过反力系统约束承压装置和传压装置的轴向变形。

可选的，所述第一反力组件包括固定底盘和轴向反力轴，所述轴向反力轴的第一端固定在所述固定底盘上，所述轴向反力轴与所述机匣的中心轴重合；所述第二反力组件包括动密封活塞和锁紧螺母，所述动密封活塞套设在所述轴向反力轴的第二端，所述锁紧螺母将所述动密封活塞锁紧在所述轴向反力轴上；所述承压装置和所述传压装置位于所述动密封活塞和所述固定底盘之间；

所述利用充压设备为所述加载试验装置的承压装置充压，使得所述承压装置在设定压力下膨胀的步骤之前，所述方法还包括：

将固定底盘的底部固定，将所述机匣通过周向分布的螺栓与所述固定底盘连接，将所述轴向反力轴和所述径向反力轴通过固定底盘的定位孔安装在固定底盘上，将所述动密封活塞通过锁紧螺母与轴向反力轴固定连接；

在所述动密封活塞与所述导向盘的底面设计密封铜垫；

将所述承压油囊通过加压口的固定装置安装在径向反力轴，在所述承压油囊的外径先安装一个与承压油囊同半径的刚性薄壁定型结构，再将传压流沙灌入加热层和定型结构的内腔并夯实定型，承压油囊充满油后取掉定型结构。

具体实施时，如图1和图2所示，本发明的机匣热压联合加载试验装置包括由固定底盘1、轴向反力轴2、径向反力轴3、动密封活塞4、导向盘5、锁紧螺母6组成的反力系统，密封铜垫15对动密封活塞4运动产生的间隙进行密封；承压油囊10、传压流沙12组成的加压系统，充压装置通过加压口施加压力；加热层13、隔热层9组成的加热系统。

固定底盘1底部固定，机匣14通过周向分布的螺栓与固定底盘1连接，轴向反力轴2和径向反力轴3通过固定底盘1的定位孔安装在固定底盘1上，动密封活塞4通过锁紧螺母6与轴向反力轴2固定连接实现轴向反力约束。

动密封活塞4包括一个冷却通道8，冷却通道中填充冷却介质，冷却介质可以是水、油或空气，以对动密封活塞4进行冷却。在这种情况下，能够避免热量经由动密封活塞4传导至承压油囊10，起到隔热作用，防止承压油囊10因温度过高而受损。

动密封活塞4与导向盘5底面设计0.5mm厚的密封铜垫15，防止传压流沙12受压后从缝隙中挤出，导致压力难以加载，密封铜垫在压力作用下自然密封，保证机匣14内部的压力加载。

承压油囊10通过加压口7的固定装置(未出示)安装在径向反力轴3上，承压油囊10外径先安装一个与承压油囊10相同半径的刚性薄壁定型结构(未出示)，将传压流沙12灌入加热层13和定型结构的内腔并夯实定型，承压油囊充满油后取掉定型结构，试验过程中充压装置通过加压口施加压力，将压力载荷传递至机匣14内表面。

三条环形加热层13附着在机匣14内表面进行加热，机匣14外表面和承压油囊10靠近加热层13的三面附着隔热层9阻止热量耗散，达到给机匣14加热的目的，加热效率高，最高加热温度可达400℃。

本发明可应用于室温～400℃范围内航空发动机机匣机匣热压联合加载试验。具有结构设计合理，可操作性强，具有加热、加压精度高，能耗小，试验效率高的优点。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的而技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应当以权利要求的保护范围为准。