一種用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開一種用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置，涉及發動機結構強度領域，能夠解決目前轉子葉片的聲響應試驗不方便、不安全的問題。本發明的試驗裝置包括相連接的噪聲裝置和行波試驗段，以及位于行波試驗段內部的試件夾具、轉子葉片和對聲響應進行檢測的傳感器，轉子葉片固定設置在試件夾具上；本發明提供的用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置，結構簡單，可測試不旋轉的發動機轉子葉片在噪聲環境下的振動響應，可以顯著降低測試難度，提高安全性能，降低試驗成本。
【專利說明】一種用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置
【技術領域】
[0001] 本發明涉及發動機結構強度領域，尤其涉及一種用于測試轉子葉片聲響應的試驗 裝直。
【背景技術】
[0002] 發動機轉子葉片強度設計或失效分析中，需要測試轉子葉片在不同物理轉速下、 不同噪聲載荷激勵下的轉子葉片的聲響應，聲響應指在噪聲激勵下結構的振動響應。目前 常用的方法，是在發動機壓氣機部件上施加噪聲激勵來測試轉子葉片在工作狀態下的聲響 應，使得無論是相關試驗設備的安裝或者測試都十分不方便，成本高，并且危險系數高，對 生命財產造成威脅。
[0003] 為了在靜態（發動機轉子葉片不旋轉）測試噪聲環境下轉子葉片的振動響應，發 明了該試驗裝置。
【發明內容】
[0004] 本發明提供一種用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置，能夠解決目前轉子葉片的 聲響應試驗不方便、不安全的問題。
[0005] 為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：
[0006] 一種用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置，包括：
[0007] 行波試驗段，內部具有沿橫向貫穿的內腔；
[0008] 噪聲裝置，設置在所述行波實驗件的空腔的一端開口處，用于向所述內腔內部發 出聲載荷；
[0009] 試件夾具，設置在所述行波試驗段的內腔中；
[0010] 轉子葉片，位于所述行波試驗段的內腔中，且固定設置在所述試件夾具上；
[0011] 傳感器，設置在所述行波試驗段的內腔中，用于對所述轉子葉片在聲載荷下的聲 響應進行檢測。
[0012] 進一步地，所述行波試驗段的所述內腔呈長方體型，所述內腔的底面與水平面平 行，所述試件夾具水平設置在所述內腔底面處的所述行波試驗段上，所述轉子葉片堅直設 置在所述試件夾具上。
[0013] 進一步地，所述內腔底面處的所述行波試驗段上開設有圓形的安裝槽，所述試件 夾具具有與所述安裝槽相匹配的圓環形底部；
[0014] 所述試件夾具通過所述圓環形底部固定設置在所述安裝槽內，并可在所述安裝槽 內繞自身軸線轉動。
[0015] 進一步地，所述傳感器包括五個，其中一個固定設置在所述內腔頂面處的所述行 波試驗段上，且位于所述轉子葉片的正上方；
[0016] 其余四個所述傳感器設置在所述試件夾具上，且均勻分布在所述轉子葉片四周。
[0017] 進一步地，所述試件夾具上固定設置有四根堅直的安裝管，且均勻分布在所述轉 子葉片四周，每根所述安裝管上安裝有一個所述傳感器。
[0018] 進一步地，所述的試驗裝置還包括：
[0019] 過渡板，固定設置在所述試件夾具頂部，且位于四根所述安裝管圍成的面積范圍 內；
[0020] 所述過渡板頂部沿水平方向開設有榫槽，所述轉子葉片的底部具有與所述榫槽相 匹配的安裝部，所述轉子葉片通過所述安裝部固定設置在所述榫槽內。
[0021] 進一步地，所述的試驗裝置還包括：
[0022] 擰緊螺栓，從所述過渡板的底部堅直貫穿所述過渡板并伸入所述榫槽內，再與所 述轉子葉片底部相匹配的螺紋相連接。
[0023] 進一步地，所述行波試驗段的側壁上開設有矩形窗口，所述矩形窗口上設置有石 英玻璃窗。
[0024] 本發明提供的用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置，結構簡單，可測試不旋轉的 發動機轉子葉片在噪聲環境下的振動響應，可以顯著降低測試難度，提高安全性能，降低試 驗成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025] 圖1是根據本發明一個實施例用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置的結構示意 圖；
[0026] 圖2是根據本發明一個實施例試驗裝置得到的試驗數據圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖對本發明的用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置進行詳細描述。
[0028] 如圖1是根據本發明一個實施例用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置的結構示 意簡圖，如圖1所示本發明的用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置可以包括噪聲裝置、行 波試驗段1、試件夾具2、試驗件以及傳感器等。
[0029] 噪聲裝置主要用于提供噪聲載荷，可以是多種適合的發聲裝置，本實施例中優選 為控制較為方便的電動氣流揚聲器。
[0030] 行波試驗段1可以為多種適合的形狀，其內部具有沿橫向貫穿的內腔；空腔一端 的開口與噪聲裝置密封連接，以接收噪聲裝置發出的噪聲載荷。本實施例中，優選行波試驗 段1的呈水平放置的長方體型，其內腔也呈長方體型，內腔的底面同樣與水平面平行。
[0031] 行波試驗段1的試驗能力是依據電動氣流揚聲器聲功率、轉子葉片5大小、試驗對 總聲壓級要求來進行設計的。
[0032] 其中，可以通過下面的經驗公式計算行波試驗段可達到的總聲壓級大小： W
[0033] & = 10lgy + 114 9
[0034] 式中：
[0035] W-揚聲器的聲功率，單位是W ;
[0036] S-行波管的橫截面積，單位是m2。
[0037] 試件夾具2可以為多種適合的結構形狀，設置在行波試驗段1的內腔中，優選通過 螺栓水平固定安裝在內腔的底面（即行波試驗段1底部的內壁上），以保證噪聲與振動載荷 的加載方向的準確性。
[0038] 轉子葉片5位于行波試驗段1的內腔中，且固定設置在試件夾具2上。轉子葉片 5可以多種角度設置在試件夾具2,本實施例中，在試件夾具2的一端與轉子葉片5的形狀 相匹配，用于夾持轉子葉片5,并且轉子葉片5是堅直設置。即試件夾具2上用于夾持轉子 葉片5的部分可以根據不同的轉子葉片5的形狀而有不同的結構，此處不再贅述。
[0039] 進一步，在行波試驗段1底部的內壁上開設有圓形的安裝槽（安裝口），而試件夾 具2具有與安裝槽相匹配的圓環形底部，試件夾具2通過圓環形底部固定設置在安裝槽內， 并可帶動其上的轉子葉片5在安裝槽內繞自身軸線轉動，能夠滿足轉子葉片5需要在多個 受聲方向進行振動響應測試的試驗需求。需要說明的是，實現試件夾具2在安裝槽內轉動 的結構方式可以由很多種，例如試件夾具2可以通過軸承以適合的方式安裝在安裝槽內， 從而來動轉子葉片5轉動，本發明的重點不在于轉動結構，此處不再贅述。
[0040] 傳感器可以包括多個，設置在行波試驗段1的內腔中的適合的位置處，用于對轉 子葉片5在聲載荷下的聲響應進行檢測。本實施例中，傳感器包括五個（未不出），其中一 個傳感器固定設置在內腔頂面處的行波試驗段1上，且位于轉子葉片5的正上方，主要用于 控制聲場；其余四個傳感器設置在試件夾具2上，且均勻分布在轉子葉片5四周，主要用于 測試轉子葉片5各角度的聲響應。其中，傳感器優選采用B&K公司生產的4938型高聲強傳 聲器。
[0041] 進一步，試件夾具2上固定設置有四根堅直的安裝管4,且均勻分布在轉子葉片5 四周，每根安裝管4上安裝有一個上述傳感器，具體是在傳感器外部包裹吸聲泡沫再安裝 在安裝管4中。
[0042] 在試件夾具2頂部還通過螺栓固定設置有過渡板9,并且過渡板9是位于四根安裝 管4圍成的面積范圍內。在過渡板9頂部沿水平方向開設有榫槽3,榫槽3的橫截面可以優 選為梯形。在轉子葉片5的底部具有與上述榫槽3相匹配的安裝部，即可優選為梯形，轉子 葉片5通過安裝部固定設置在榫槽3內，以使得安裝更穩固。
[0043] 本發明試驗裝置中還包括擰緊螺栓8 (圖中虛線所示），是從過渡板9的底部堅直 貫穿過渡板9并伸入榫槽3內，再與轉子葉片5底部相匹配的螺紋相連接，具體結構不再贅 述。擰緊螺栓8可調節對轉子葉片5試驗件底部的頂緊力，也可依據擰緊力要求設計螺栓 類型，滿足模擬不同轉速時需要不同葉根底部頂緊力的試驗需求。
[0044] 在行波試驗段1的側壁上開設有矩形窗口，矩形窗口上設置有石英玻璃窗7,用于 滿足高強噪聲環境下觀察窗的強度要求，也可以觀察試驗情況，保證了試驗人員的安全。
[0045] 本發明提供的用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置，結構簡單，與使用在發動機 壓氣機部件上施加噪聲激勵來測試轉子葉片5在工作狀態下的振動響應的現有方法相比， 可測試發動機轉子葉片5在噪聲環境下的振動響應，可以顯著降低測試難度，提高安全性 能，降低試驗成本，滿足對轉子葉片5所受噪聲環境進行準確測量與控制的需求。
[0046] 本發明通過圓形底座形式的試驗夾具2,使得轉子葉片5試驗件可以在不同受聲 方向下測試試驗件的振動響應。通過使用了擰緊螺栓5頂緊力來模擬轉速引起的葉片離心 力效應，實現在靜態（轉子葉片不旋轉狀態）測試轉子葉片在噪聲環境下的振動響應。并 且在行波試驗段1上安裝了石英玻璃窗7,實現了試驗的可視性。
[0047] 本發明的用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置可操作性強，能滿足噪聲環境下轉 子葉片振動響應測試試驗對不同轉速模擬的需求，能滿足對轉子葉片5所受噪聲環境進行 準確測量與控制的需求。
[0048] 本發明的試驗裝置的安裝步驟包括：
[0049] 1)、轉子葉片5與榫槽3相連；
[0050] 2)、根據試驗要求，通過擰緊螺栓8對轉子葉片5底部施加特定大小的扭矩；
[0051] 3)、將榫槽3與圓形底座形式的試件夾具2相連，再在試驗夾具2上的四個安裝管 4內安裝傳聲器；
[0052] 4)、將圓形底座形式的試驗夾具2放置在行波試驗段1底部內壁上的圓形安裝槽 內，可自由調整角度；
[0053] 5)、最后安裝石英玻璃窗7,實現試驗的可視性。
[0054] 另外，在本發明上述實施例的基礎上，還可以添加其他的傳感器以對轉子葉片的 其他性能進行測試。例如，可以在轉子葉片5使用應變計6來測量應變響應，或者在行波試 驗段1外部使用激光測振儀測量位移等。因為在行波試驗段1側面開口安裝石英玻璃窗7， 以能夠方便為激光測振儀、高速攝像等儀器測試試驗件振動響應提供光的通道。
[0055] 圖2是采用本發明的試驗裝置，對某型轉子葉片5在模擬某個物理轉速情況下，測 試得到的某個聲載荷譜及90°受聲方向下的試驗件的振動應變響應數據圖。
[0056] 以上所述，僅為本發明的【具體實施方式】，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本【技術領域】的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1. 一種用于測試轉子葉片聲響應的試驗裝置，其特征在于，包括： 行波試驗段（1)，內部具有沿橫向貫穿的內腔； 噪聲裝置，設置在所述行波實驗件（1)的空腔的一端開口處，用于向所述內腔內部發 出聲載荷； 試件夾具（2)，設置在所述行波試驗段（1)的內腔中； 轉子葉片（5)，位于所述行波試驗段（1)的內腔中，且固定設置在所述試件夾具（2) 上； 傳感器，設置在所述行波試驗段（1)的內腔中，用于對所述轉子葉片（5)在聲載荷下的 聲響應進行檢測。
2. 根據權利要求1所述的試驗裝置，其特征在于，所述行波試驗段（1)的所述內腔呈長 方體型，所述內腔的底面與水平面平行，所述試件夾具（2)水平設置在所述內腔底面處的 所述行波試驗段（1)上，所述轉子葉片（5)堅直設置在所述試件夾具（2)上。
3. 根據權利要求2所述的試驗裝置，其特征在于，所述內腔底面處的所述行波試驗段 (1)上開設有圓形的安裝槽，所述試件夾具（2)具有與所述安裝槽相匹配的圓環形底部； 所述試件夾具（2)通過所述圓環形底部固定設置在所述安裝槽內，并可在所述安裝槽 內繞自身軸線轉動。
4. 根據權利要求2所述的試驗裝置，其特征在于，所述傳感器包括五個，其中一個固定 設置在所述內腔頂面處的所述行波試驗段（1)上，且位于所述轉子葉片（5)的正上方； 其余四個所述傳感器設置在所述試件夾具（2)上，且均勻分布在所述轉子葉片（5)四 周。
5. 根據權利要求4所述的試驗裝置，其特征在于，所述試件夾具（2)上固定設置有四根 堅直的安裝管（4)，且均勻分布在所述轉子葉片（5)四周，每根所述安裝管（4)上安裝有一 個所述傳感器。
6. 根據權利要求5所述的試驗裝置，其特征在于，還包括： 過渡板（9)，固定設置在所述試件夾具（2)頂部，且位于四根所述安裝管（4)圍成的面 積范圍內； 所述過渡板（9)頂部沿水平方向開設有榫槽（3)，所述轉子葉片（5)的底部具有與所述 榫槽（3)相匹配的安裝部，所述轉子葉片（5)通過所述安裝部固定設置在所述榫槽（3)內。
7. 根據權利要求6所述的試驗裝置，其特征在于，還包括： 擰緊螺栓（8)，從所述過渡板的底部堅直貫穿所述過渡板（9)并伸入所述榫槽（3)內， 再與所述轉子葉片（5)底部相匹配的螺紋相連接。
8. 根據權利要求1所述的試驗裝置，其特征在于，所述行波試驗段（1)的側壁上開設有 矩形窗口，所述矩形窗口上設置有石英玻璃窗（7)。
【文檔編號】G01N29/04GK104374826SQ201410773240
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年12月15日 優先權日:2014年12月15日
【發明者】王秋蓉, 郭定文 申請人:中國飛機強度研究所