飞脱装置、叶片以及脱落试验系统的制作方法

本实用新型属于旋转部件测试领域，尤其涉及一种飞脱装置、叶片以及脱落试验系统。

背景技术：

涡扇发动机分为两大类：大涵道比和小涵道比，涵道比为发动机内外涵道的尺寸比。大型客机和大型运输机采用大涵道比发动机，而战斗机采用小涵道比发动机。为了提高效率，民用发动机涵道比不断增大，使得风扇单元体重量占整机三分之一以上。对于大涵道比发动机来说，采用树脂基复合材料叶片和机匣能够有明显的减重效果，与传统的钛合金空心风扇转子叶片和金属机匣相比，减重超过40％。所以，现在越来越多的航空发动机制造公司采用复合材料风扇转子叶片和包容机匣。

同时，航空发动机的高速旋转部件长期工作在极端载荷和恶劣环境下，受外物撞击、高周疲劳、过热和材料缺陷等原因影响，所以模拟低压转子风扇叶片的飞脱试验是航空发动机设计进行定型的必备环节，通过高速旋转使发动机转子上的某些叶片脱落飞出，然后对叶片脱落后的转子转动特性进行测试验证，分析研究发动机转子风扇叶片脱落产生的不平衡及冲击载荷对发动机破坏性，从而验证航空发动机包容机匣的包容性及其结构的可靠性，为发动机设计定型提供重要的实证依据。机匣包容是包容能力考核的主要方面，使叶片在某一预定转速(发动机最高工作转速)下飞断撞击机匣以测试机匣的包容能力。

包容试验通常的做法是在叶片根部预制一定深度的裂纹，使得叶片在预定的转速范围内飞断。但由于加工误差、材料性能偏差及计算误差的影响，很难准确控制叶片在预定转速下飞断，需要预先设置较宽的允许转速范围，不能完全达到适航试验要求。且试验过程中通常需要从一个保守的切割量逐步增大，试验结构可能需要多次的拆装，造成试验周期和试验成本的极大增加。此方法若应用于真实航空发动机风扇叶片包容试验造成试验失败，将造成极大的试验损失。

叶片飞脱的另一种常用方法是用高能炸药聚能爆破形成药型罩的金属射流切断叶片，使叶片在预期位置、转速和相位飞脱。该方法对叶片飞脱的姿态影响较大，且爆炸产生的大量火光烟雾影响试验的观察记录。由于爆炸品的管控限制，实验室级别的爆破飞脱技术研究受到很大限制。

也有基于局部加热原理的用于航空发动机机匣包容试验的叶片定速飞断试验技术。在叶片榫根部位预埋加热器，当高速旋转试验器将试验转子加速至目标转速稳定运行后，启动叶片加热飞断装置，叶片榫根局部区域温度持续升高，叶片抗拉极限强度下降后，在离心力的作用下叶片从榫根处断裂飞出。但是对于复合材料来说，没有明显的温度升高强度下降的特性，所以此种方法不适用。

因此，本领域需要一种飞脱装置、叶片以及脱落试验系统以解决脱落试验中的问题。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是提出一种飞脱装置。

本实用新型的另一个目的是提出一种叶片。

本实用新型的又一个目的是提出一种脱落试验系统。

根据本实用新型一个方面的一种飞脱装置包括第一部；第二部，与所述第一部相对并围出第一腔室；以及导向连接件，连接所述第一部和所述第二部，容许所述第一部和所述第二部沿所述导向连接件相对滑动；其中，所述第一腔室用于放置爆炸物。

在所述飞脱装置的一个或多个实施例中，所述第一部提供第一孔，所述第二部设置所述导向连接件，所述导向连接件朝所述第一部凸出设置，与所述第一孔滑动配合，所述第一孔的孔壁面与所述导向连接件的端面围成所述第一腔室。

在所述飞脱装置的一个或多个实施例中，所述第一部包括第一头部以及第一基部，所述第一基部包括第一孔；所述第二部包括第二头部以及第二基部，所述第二基部设置导向连接件；其中，所述第一头部以及第二头部均为楔形状，楔形状的所述第一头部、第二头部的大端分别与所述第一基部、第二基部相连。

在所述飞脱装置的一个或多个实施例中，所述导向连接件与所述第二基部一体连接或可拆卸连接。

在所述飞脱装置的一个或多个实施例中，所述第一部包括第二孔，其一端位于所述第一部的外壁，另一端位于所述第一腔室，用于连通外部与所述第一腔室。

根据本实用新型另一方面的一种叶片，用于脱落试验，包括飞脱部分以及连接结构，所述连接结构用于与带动所述叶片的转动体连接，所述连接结构包括安装缺口，用于安装以上任意一项所述的飞脱装置。

在所述叶片的一个或多个实施例中，所述叶片为复合材料叶片。

在所述叶片的一个或多个实施例中，所述叶片位于所述第一部和所述第二部的相对滑动方向的边缘处具有沿所述相对滑动方向延伸的凹槽。

根据本实用新型再一方面的一种脱落试验系统，包括以上任意一项所述的飞脱装置、转子、带动所述转子旋转的转动体以及放置于所述第一腔室的爆炸物。

在所述脱落试验系统的一个或多个实施例中，所述爆炸物为低能爆炸物。

本实用新型的进步效果在于：

1.采用第一腔室以及第一部与第二部相对滑动的连接结构，使得试验中爆炸产物被密封在机械装置内不产生影响试验观察的火光和烟雾泄露，爆炸物的化学能被转化为精确定向的机械能，通过增加相对滑动方向的裂纹长度的方式降低复合材料强度，实现离心力下的精确控制飞脱。

2.对于飞脱试验系统而言，由于脱落装置采用的上述结构，使得爆炸物可以采用低能爆炸物如黑火药，其所受的管制远低于高能爆炸物，更方便在实验室内对飞脱技术进行系统的研究。通过扩展裂纹降低复合材料强度的方法在设计分析上具备较成熟的技术。

3.飞脱装置、叶片的结构易实现，系统研制的工作量较小，研发成本低。并且，能精确控复合机材料叶片在预定转速下的飞断，保证试验精度，提高试验效率。

附图说明

本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1为一个或多个实施例的飞脱装置的剖视结构示意图。

图2为根据图1的飞脱装置的部件拆分结构示意图。

图3为一个或多个实施例的叶片的结构示意图。

图4为一个或多个实施例的飞脱装置的剖视结构示意图。

图5A以及图5B为根据图4的飞脱装置的第二部的结构示意图。

具体实施方式

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本实用新型的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。

另外，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此也不能理解为对本实用新型保护范围的限制。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。

下述实施例中，复合材料(composite material)指运用先进的材料制备技术将不同性质材料组分优化组合而成的新材料，此处的复合材料指树脂基复合材料；脱落试验(release test)指的是：转子(例如叶片)结构受损后在一定的离心力作用下脱落并飞出的试验；飞脱装置(release test device)指的是在脱落试验中辅助转子在离心作用下顺利飞出的辅助装置；叶片飞脱(blade off)指的是结构受损的叶片在旋转离心力作用下脱落并飞出的现象。

如图1以及图2所示，在一实施例中，飞脱装置100包括第一部1、第二部2以及导向连接件21。第一部1与第二部2相对并围出第一腔室11，第一腔室11用于放置爆炸物。导向连接件21连接第一部1与第二部2连接，并容许第一部1和第二部2沿所述导向连接件21相对滑动。如图1，第一部1与第二部2之间的移动仅存在两者相对远离滑动的一个自由度。第一部1与第二部2连接采用导向连接件21，两者相对滑动的连接结构的有益效果在于，可以充分利用爆炸物的爆炸能量，使得在预定转速下叶片及时发生结构破坏以及分离脱落。同时也利于试验者观察试验现象。其原理在于，由于爆炸物放置于封闭的第一腔室，使得试验中爆炸产物被密封在机械装置内不产生影响试验观察的火光和烟雾泄露，因此有利于试验者观察现象。而由于导向连接件21连接第一部1与第二部2连接，并容许第一部1和第二部2沿所述导向连接件21相对滑动的设置，使得爆炸后，发生第一部1和第二部2沿所述导向连接件21相对滑动，爆炸物的化学能绝大多数被转化为机械能，即转化为第一部1与第二部2相对滑动的动能，使得第一部1与第二部2进行精确定向的运动，在脱落试验中，即对叶片定向地扩展裂纹，高效地分离叶片，以容许试验采用低能炸药即可满足及时、充分破坏叶片的需求。

继续参考图1以及图2，在一实施例中，飞脱装置100的第一腔室21的具体结构可以是，第一部1提供第一孔13，第二部2设置导向连接件21，导向连接件21朝所述第一部1凸出设置，与第一孔13滑动配合，第一孔13的孔壁面与导向连接件21的端面围成第一腔室11。采用第一孔13与导向连接件21围成第一腔室11的结构，其有益效果在于，爆炸物与导向连接件21相邻，可以更充分地将爆炸物的化学能转化为第一部1与第二部2相对滑动的动能，使得飞脱装置100对叶片的破坏作用更为有效，容许试验采用低能炸药即可满足及时、充分破坏叶片的需求。

继续参考图1至图3，在一实施例中，第一部以及第二部的具体结构可以是，所述第一部1包括第一头部14以及第一基部15，第一基部15包括第一孔13；第二部2包括第二头部24以及第二基部23，第二基部23设置导向连接件21；其中，第一头部14以及第二头部24均为楔形状，楔形状的第一头部14、第二头部24的大端分别与第一基部15、第二基部23相连。采用楔形结构的头部，其有益效果在于，可以使得第一部1、第二部2受爆炸物作用后相对滑动，在相对远离的滑动方向上对破坏作用更为有效，容许试验采用低能炸药即可满足及时、充分破坏叶片的需求。

参考图1至图5B，导向连接件21设置于第二基部23的具体结构可以是如图1以及图2所示的一实施例中的导向连接件21与第二基部23一体连接，也可以是如图4至图5B所示的一实施例中的导向连接件21与第二基部23通过螺纹结构22可拆卸连接。采用一体连接的有益效果在于省去了装配步骤，便于试验者的试验操作，采用可拆卸连接的有益效果在于，可以重复利用第二部2，仅更换爆炸后受损的导向连接件21，降低了试验的成本。

继续参考图1以及图2，在一实施例中，第一部1的具体结构还可以包括第二孔12，其一端位于第一部1的外壁，另一端位于第一腔室11，以连通外部与第一腔室11，在第二孔12中可设置用于点燃第一腔室11中的爆炸物的引线。尽管还存在其的点燃爆炸物的方式，例如采用无引线的点火引爆装置等结构。设置引线孔采用引线方式引爆，其控制简单、成本低，也易于试验者控制爆炸时刻。

参考图3，在一实施例中，对于进行脱落试验的转子，例如图3所示的叶片3，也包括飞脱部分以及连接结构，连接结构用于与带动叶片3的转动体连接。连接结构中设置有安装缺口4，用于安装飞脱装置100。试验过程中，可以首先将爆炸物放置在第一腔室11中，装配连接第一部1、第二部2，然后将装配完成的飞脱装置100安装在安装缺口4。为了防止飞脱装置100掉落，在安装缺口4安装好飞脱装置100后用胶封住。开始试验，当叶片3达到预定的旋转转速时，引爆放置在第一腔室11中爆炸物。爆炸物燃烧爆炸产生化学能，然后迅速转成第一部1、第二部2相对滑动的动能，第一部1、第二部2向叶片两端移动，使叶片破坏，叶片的飞脱部分，从而实现叶片3在预定转速下的精确飞断。对于没有明显的温度升高强度下降的特性复合材料的叶片，采用安装缺口以及飞脱装置100的爆炸破坏分离的结构，尤其适用。

继续参考图3，在一实施例中，叶片3的具体结构还可以包括位于第一部1和第二部2的相对滑动方向的边缘处，具有沿所述相对滑动方向延伸的凹槽5，在边缘处设置凹槽5的有益效果在于，可以进一步降低叶片3的结构强度，使得其易于破坏，从而易于在预定转速下的精确飞断。

综上，采用上述实施例的飞脱装置，叶片以及脱落试验系统的有益效果包括可以包括下列之一：

1.采用第一腔室以及第一部与第二部相对滑动的连接结构，使得试验中爆炸产物被密封在机械装置内不产生影响试验观察的火光和烟雾泄露，爆炸物的化学能被转化为精确定向的机械能，通过增加相对滑动方向的裂纹长度的方式降低复合材料强度，实现离心力下的精确控制飞脱。

2.对于飞脱试验系统而言，由于脱落装置采用的上述结构，使得爆炸物可以采用低能爆炸物如黑火药，其所受的管制远低于高能爆炸物，更方便在实验室内对飞脱技术进行系统的研究。通过扩展裂纹降低复合材料强度的方法在设计分析上具备较成熟的技术。

3.飞脱装置、叶片的结构易实现，系统研制的工作量较小，研发成本低。并且，能精确控复合机材料叶片在预定转速下的飞断，保证试验精度，提高试验效率。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。