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文檔簡介
1、以航空發(fā)動機為代表的葉片類旋轉(zhuǎn)機械是工業(yè)領(lǐng)域一類重要裝備,隨著科學(xué)的發(fā)展、技術(shù)的進步、效率的提高,此類裝備不斷向大型化、高速化、柔性化發(fā)展。葉片作為功能轉(zhuǎn)化的核心,所承受的單位負載不斷增加,設(shè)計安全系數(shù)甚至達到1。這種情況下,對旋轉(zhuǎn)葉片實時、在線的檢測、監(jiān)測手段成為提高裝備性能、可靠性的關(guān)鍵。
光纖光柵(FBG)是一種新型光學(xué)應(yīng)變傳感器,具有質(zhì)量輕、體積小、一線多點、分布式測量、抗電磁干擾、光信號可在空氣中傳輸?shù)奶攸c。利用FB
2、G傳感器的這些特點,可對旋轉(zhuǎn)葉片的動應(yīng)變及相關(guān)參量進行測量,可滿足旋轉(zhuǎn)葉片在空間狹小、高速旋轉(zhuǎn)、高溫、高壓等苛刻工況條件下的測量要求,對加深高速旋轉(zhuǎn)葉片力學(xué)行為的認識,提高我國葉片類旋轉(zhuǎn)機械的研究、設(shè)計、分析、加工、制造水平都具有重要意義。
同時,旋轉(zhuǎn)也是工業(yè)裝備的普遍特征,此項研究也可推廣至通用裝備的旋轉(zhuǎn)部件測量,提高對所有具備旋轉(zhuǎn)特征的工業(yè)裝備的認識,對提高這些工業(yè)裝備的研究、設(shè)計、分析、加工、制造水平都具有重要意義。
3、r> 本文首先建立了航空發(fā)動機旋轉(zhuǎn)葉片動應(yīng)變測量的方法。介紹了FBG應(yīng)變測量的原理,利用FBG光信號可在空氣中傳輸?shù)奶匦?,分析了旋轉(zhuǎn)葉片上FBG應(yīng)變測量信號傳輸?shù)膸追N方法,在此基礎(chǔ)上選擇C-LENS透鏡法進行了深入分析,并基于分析的結(jié)果利用兩個C-LENS透鏡進行了實驗。實驗結(jié)果表明,C-LENS透鏡法可在旋轉(zhuǎn)軸端跳動最大0.8mm的工況下傳輸光信號。但C-LENS透鏡法對旋轉(zhuǎn)軸夾角的變化非常敏感,最終實驗裝置在最大4000r/min
4、下實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)部件動應(yīng)變FBG檢測光信號的傳輸。
隨后,通過分析動應(yīng)變與振動間的關(guān)系,提出通過旋轉(zhuǎn)葉片動應(yīng)變估計旋轉(zhuǎn)葉片振動的方法。由彈性力學(xué)、動力學(xué)的基本理論,任意結(jié)構(gòu)的強迫振動方程均可利用假設(shè)模態(tài)法近似求解,各階模態(tài)可視為強迫振動方程解空間的基,則不同位置振動可用振動體各階模態(tài)的組合或振動方程解空間的基來逼近,而不同模態(tài)在不同位置的名義應(yīng)變是唯一的,從而通過動應(yīng)變可估計旋轉(zhuǎn)葉片的振動情況;然后,將變截面、變厚度、預(yù)扭曲的旋轉(zhuǎn)
5、葉片簡化為旋轉(zhuǎn)等截面梁,將旋轉(zhuǎn)等截面梁簡化為靜態(tài)等截面粱,依次求解等截面懸臂梁、旋轉(zhuǎn)等截面懸臂梁、旋轉(zhuǎn)葉片動應(yīng)變→振動的方程。
以動應(yīng)變→振動理論分析和旋轉(zhuǎn)信號傳輸?shù)膶嶒灩ぷ鳛榛A(chǔ),分別測試了等截面懸臂梁、旋轉(zhuǎn)等截面懸臂梁、某型發(fā)動機二級動葉片旋轉(zhuǎn)態(tài)的動應(yīng)變,并分析了實驗結(jié)果,估計了實驗對象的振動。其中針對某型發(fā)動機二級動葉片旋轉(zhuǎn)態(tài)的動應(yīng)變的測試結(jié)果表明,存在一個頻率簇,此頻率簇對發(fā)動機的動態(tài)響應(yīng)特性有非常大的影響,應(yīng)在設(shè)計中
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