葉片振動模擬裝置及具有其的測試系統的制作方法

本實用新型總體來說涉及一種振動應力監測，具體而言，涉及一種葉片振動模擬裝置。本實用新型還涉及一種具有葉片振動模擬裝置的測試系統。

背景技術：

在航空發動機工作過程中，葉片常常發生共振與疲勞失效問題。因此，需要對葉片進行振動應力監測。振動應力監測方法一般分為應變片法和葉尖定時法。

應變片法是通過在葉片表面粘貼應變片來測量葉片的振動情況。應變片法只能在有限的幾個葉片表面粘貼應變片，只能測量幾個葉片的應力水平。同時應變片粘貼工藝復雜，在高轉速下，應變片的成活率較低。并且測試改裝工作量大，需要用到高速滑環引電器或遙測裝置傳輸動態應變信號。

葉尖定時法是基于葉尖定時技術的新型測量方法。葉尖定時法能測量所有葉片的振動情況，適合工作葉片長時間的振動實時監測。同時葉尖定時法測試難度也較低，只需額外進行振動應力與葉尖振幅的關系標定。現有的葉尖振幅測試設備是基于葉尖定時技術而設計的。

目前，對葉尖振幅測試設備進行葉片共振識別能力的驗收通常使用真實發動機葉片來進行振動監測。通常具有以下缺點：一來實際發動機外部空間及氣動條件等限制了機匣的測試改裝；二來發動機試車需要各專業技術人員配合，測試成本大；再者葉片共振狀態不確定，難以準確有效可控地使葉片發生共振。

鑒于現有技術中存在上述缺陷，為了便于進行葉尖振幅測試設備的葉片共振識別能力的驗收工作，本實用新型需要設計一套葉片振動模擬裝置。

在所述背景技術部分公開的上述信息僅用于加強對本實用新型的背景的理解，因此它可以包括不構成對本領域普通技術人員已知的現有技術的信息。

技術實現要素：

在實用新型內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本實用新型內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

本實用新型的一個主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種葉片振動模擬裝置，以方便進行葉尖振幅測試設備的葉片共振識別能力的驗收。

本實用新型的另一個主要目的在于克服上述現有技術的至少一種缺陷，提供一種測試系統，以方便進行葉尖振幅測試設備的葉片共振識別能力的驗收。

為實現上述實用新型目的，本實用新型采用如下技術方案：

根據本實用新型的一個方面，提供了一種葉片振動模擬裝置，其中，所述葉片振動模擬裝置包括：模擬機匣；模擬葉片，所述模擬葉片可旋轉地設置于所述模擬機匣上；驅動裝置，所述驅動裝置驅動所述模擬葉片旋轉；以及起振裝置，所述起振裝置設置于所述模擬機匣上以驅動所述模擬葉片產生振動。

根據本實用新型的一實施方式，其中所述起振裝置包括永久磁鐵或電磁鐵，所述模擬葉片為鐵磁性葉片。

根據本實用新型的一實施方式，其中所述模擬機匣的中心軸線與所述模擬葉片的轉軸重合。

根據本實用新型的一實施方式，其中所述模擬機匣的外周面上設置有第一通孔，所述第一通孔沿所述模擬機匣的徑向方向延伸，所述起振裝置固定設置于所述第一通孔內。

根據本實用新型的一實施方式，其中所述第一通孔為階梯孔，所述第一通孔的靠近所述模擬葉片側的截面尺寸小于所述第一通孔的遠離所述模擬葉片側的截面尺寸。

根據本實用新型的一實施方式，其中所述第一通孔為多個，多個所述第一通孔均勻分布于所述外周面上。

根據本實用新型的一實施方式，其中所述模擬機匣的外周面上還設置有第二通孔，所述第二通孔沿所述模擬機匣的徑向方向延伸，以用于安裝葉尖定時傳感器。

根據本實用新型的一實施方式，其中所述第二通孔的靠近所述模擬葉片側的截面尺寸小于遠離所述模擬葉片側的截面尺寸。

根據本實用新型的一實施方式，其中所述驅動裝置為交流電機。

根據本實用新型的一個方面，提供了一種測試系統，其中所述測試系統包括葉尖定時傳感器、轉速同步傳感器、信號處理裝置以及本實用新型提供的葉片振動模擬裝置，所述葉尖定時傳感器設置于所述模擬機匣上以檢測所述模擬葉片的葉尖定時脈沖信號，所述轉速同步傳感器用以檢測所述模擬葉片的轉速，所述葉尖定時傳感器和所述轉速同步傳感器分別與所述信號處理裝置電連接。

由上述技術方案可知，本實用新型的葉片振動模擬裝置及具有其的測試系統的優點和積極效果在于：

本實用新型提供的葉片振動模擬裝置包括可旋轉的模擬葉片和用于驅動該模擬葉片進行振動的起振裝置，以通過該葉片振動模擬裝置進行葉尖振幅測試設備的共振識別能力的驗收。

附圖說明

通過結合附圖考慮以下對本實用新型的優選實施例的詳細說明，本實用新型的各種目標、特征和優點將變得更加顯而易見。附圖僅為本實用新型的示范性圖解，并非一定是按比例繪制。在附圖中，同樣的附圖標記始終表示相同或類似的部件。其中：

圖1是根據一示例性實施方式示出的一種葉片振動模擬裝置的主視圖。

圖2是圖1中的葉片振動模擬裝置的A-A剖面圖。

圖3是圖2中的C部分的局部放大圖。

圖4是圖1中的葉片振動模擬裝置的B-B剖面圖。

圖5是圖3中的D部分的局部放大圖。

圖6是根據一示例性實施方式示出的一種測試系統的示意圖。

其中，附圖標記說明如下：

1、模擬機匣； 2、模擬葉片； 3、起振裝置；

4、葉尖定時傳感器； 5、轉速同步傳感器； 6、緊固件；

7、壓板； 8、第一通孔； 9、第二通孔；

10、轉軸； 11、支座； 20、前置放大器；

30、信號采集與處理系統； 40、計算機。

具體實施方式

現在將參考附圖更全面地描述示例實施方式。然而，示例實施方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限于在此闡述的實施方式；相反，提供這些實施方式使得本實用新型更全面和完整，并將示例實施方式的構思全面地傳達給本領域的技術人員。圖中相同的附圖標記表示相同或類似的結構，因而將省略它們的詳細描述。

圖1是根據一示例性實施方式示出的一種葉片振動模擬裝置的主視圖。參照圖1，作為本實用新型的一種實施方式，提供了一種葉片振動模擬裝置，其中，葉片振動模擬裝置包括模擬機匣1、模擬葉片2以及驅動裝置。模擬機匣1可以固定設置在機架上，也可以通過支撐裝置而固定在測量平臺上，例如但不限于本實施例中的模擬機匣1通過支座11支撐。

模擬葉片2可旋轉地設置于模擬機匣1內，當然還可以理解的是，模擬機匣1可以根據需要設置為具有不同的結構，例如但不限于模擬機匣1為筒形，該筒形的截面可以為圓形、矩形、棱形等本領域技術人員能夠想到的形狀，只要滿足模擬葉片2能夠在模擬機匣1內旋轉，都在本實用新型的保護范圍內。本實施例提供的模擬機匣1的截面形狀為圓形，但不以此為限。可以理解的是，模擬葉片2可以通過其他動力裝置(如內燃機等)驅動旋轉，也可以通過電機進行驅動，但不以此為限。本實用新型的驅動裝置可以為電機，例如但不限于直流電機或交流電機，都在本實用新型的保護范圍內。

起振裝置3設置于模擬機匣1上以驅動模擬葉片2產生振動。可以理解的是起振裝置3用于起振的工作原理為：在模擬葉片2進行旋轉的過程中，起振裝置3對模擬葉片2施加交變的激振力，從而可以引起模擬葉片2產生振動。

起振裝置3可以設置為阻止模擬葉片2靠近，當模擬葉片2在起振裝置3附近時，例如但不限于模擬葉片2靠近起振裝置3或當模擬葉片2遠離起振裝置3時，起振裝置3可以為模擬葉片2提供阻力，從而改變模擬葉片2的受力情況，模擬葉片2發生震動。

起振裝置3也可以設置為推進模擬葉片2轉動，當模擬葉片2在起振裝置3附近時，起振裝置3可以為模擬葉片2提供向前的推力，從而使模擬葉片2的受力改變，產生震動。

還可以理解的是，起振裝置3還可以設置為在模擬葉片2靠近時(或在模擬葉片2遠離時)，對模擬葉片2提供推動力，以加速其轉動；在模擬葉片2遠離時(或在模擬葉片2靠近時)，對模擬葉片2提供阻力，以降低其轉動速度。

例如但不限于當模擬葉片2靠近起振裝置3時，起振裝置3對模擬葉片2有推動力，例如但不限于起振裝置3對模擬葉片2提供吸引作用，能加速模擬葉片2靠近起振裝置3，即起振裝置3為模擬葉片2提供與葉片旋轉方向相同的作用力。當模擬葉片2離開起振裝置3時，起振裝置3仍舊對模擬葉片2有吸引作用，因此，起振裝置3對模擬葉片2具有阻力作用，能減緩模擬葉片2遠離起振裝置3，即起振裝置3為模擬葉片2提供與葉片旋轉方向相反的作用力。綜上，模擬葉片2經過起振裝置3前后，起振裝置3給模擬葉片2提供方向相反的交變作用力，從而使得模擬葉片2產生振動。

本實用新型提供的葉片振動模擬裝置能夠有效地控制葉片振動的時機，并且該葉片振動模擬裝置無需配備專業人員進行控制，操作簡單，降低了使用成本。

繼續參照圖1，作為本實用新型的一實施方式，其中起振裝置3包括永久磁鐵或電磁鐵，模擬葉片2為鐵磁性葉片。例如但不限于起振裝置3為永久磁鐵，在模擬葉片2進行轉動的過程中，當模擬葉片2靠近永久磁鐵時，該永久磁鐵對模擬葉片2產生吸引，從而驅動模擬葉片2加速旋轉，改變了模擬葉片2的受力情況；當模擬葉片2遠離永久磁鐵時，該永久磁鐵仍舊對模擬葉片2產生吸引，從而驅動模擬葉片2減速旋轉，改變了模擬葉片2的受力情況。因此，模擬葉片2經過起振裝置3前后，模擬葉片2所受的激振力周期性地發生變化，從而使模擬葉片2產生振動。使用永久磁鐵成本低廉，且無需配備專業人員進行控制，降低了使用成本。

另外，可以理解的是，本實用新型中的起振裝置3也可以選擇電磁鐵，以更進一步地控制共振時機。也就是說，當葉片振動模擬裝置需要起振來引起模擬葉片2進行振動時，可以對電磁鐵通電，以使其產生磁場；當不需要其進行起振的情況下，可以對電磁鐵斷電，以使磁場消除。

圖2是圖1中的葉片振動模擬裝置的A-A剖面圖。圖4是圖1中的葉片振動模擬裝置的B-B剖面圖。參照圖1、圖2以及圖4，作為本實用新型的一實施方式，其中模擬機匣1的中心軸線與模擬葉片2的轉軸10重合。

圖5是圖3中的D部分的局部放大圖。起振裝置3可以設置于模擬機匣1的外周面上，也可以設置于模擬機匣1的側面上，只要能夠驅動模擬葉片2進行振動，都在本實用新型的保護范圍內。

參照圖4和圖5，作為本實用新型的一實施方式，其中模擬機匣1的外周面上設置有第一通孔8，第一通孔8沿模擬機匣1的徑向方向延伸，起振裝置3固定設置于第一通孔8內。起振裝置3可以固定于第一通孔8中，以防止伴隨著模擬葉片2的振動而從第一通孔8中滑落。第一通孔8可以設置為具有卡槽，以將起振裝置3固定于卡槽中，也可以使用連接件將起振裝置3固定于第一通孔8中。

具體地，將起振裝置3設置于第一通孔8中后，使用壓板7將其覆蓋，并使用緊固件6例如但不限于螺栓將壓板7固定在模擬機匣1上，從而使起振裝置3固定在模擬機匣1上。可以理解的是，永久磁鐵可以為六面體形、棱柱形、圓柱形或本領域技術人員能夠想到的其他形狀，都在本實用新型的保護范圍內。

當起振裝置3為永久磁鐵或電磁鐵的情況下，永久磁鐵或電磁鐵的磁場線可以穿過通孔進入到模擬機匣1的內腔中。當模擬葉片2轉動速度發生變化時，例如但不限于使用交流電機驅動以產生變化的速度時，由于模擬葉片2周期性地接近和遠離永久磁鐵或電磁鐵，從而使得永久磁鐵或電磁鐵對模擬葉片2產生激振。

為了對起振裝置3進行更好地固定，可以將第一通孔8設置為截面尺寸變化的通孔。例如但不限于從模擬機匣1的外周面向模擬葉片2延伸方向截面尺寸逐漸變小以形成圓錐形，也可以為其他形狀，都在本實用新型的保護范圍內。作為本實用新型的一實施方式，其中第一通孔8為階梯孔，第一通孔8的靠近模擬葉片2側的截面尺寸小于第一通孔8的遠離模擬葉片2側的截面尺寸。

為了提高共振效果和增大激振頻率，可以在模擬機匣1的外周面上設置多個第一通孔8，多個第一通孔8均勻分布于外周面上，如圖1所示。

為了能夠更好地與葉尖振幅測試設備匹配，在葉片振動模擬裝置中可以設置葉尖定時傳感器4，例如但不限于將該葉尖定時傳感器4設置于模擬機匣1上。參照圖1至圖3，作為本實用新型的一實施方式，其中模擬機匣1的外周面上還設置有第二通孔9，第二通孔9沿模擬機匣1的徑向方向延伸，以用于安裝葉尖定時傳感器4。可以理解的是，葉尖定時傳感器4可以具有不同的截面形狀，例如但不限于圓形、矩形、三角形等，第二通孔9的截面形狀與葉尖定時傳感器4的截面形狀匹配，都在本實用新型的保護范圍內。例如但不限于本實用新型提供的第二通孔9的截面形狀為圓形。

為了更好地對葉尖定時傳感器4進行限位，以防止其從第二通孔9中脫落后被損壞或損害其他部件，本實用新型提供的第二通孔9可以設置為，沿從模擬機匣1的外周面向模擬葉片2延伸的方向，第二通孔9的截面尺寸不斷縮小，以形成圓錐形。也可以將第二通孔9設置為階梯孔，如圖2和圖3所示，其中第二通孔9的靠近模擬葉片2側的截面尺寸小于遠離模擬葉片2側的截面尺寸，其中葉尖定時傳感器4插入到該第二通孔9中后，葉尖定時傳感器4的頭部尖端可以抵接于第二通孔9的階梯面上，以使葉尖定時傳感器4在模擬機匣1的徑向方向上定位。

可以理解的是，葉尖定時傳感器4插入到該第二通孔9中后，該葉尖定時傳感器4與模擬葉片2的葉尖的間隙可以設置為需要的尺寸，以滿足測試要求，例如但不限于該間隙可以為1至10毫米，更優選地，該間隙可以設置為1至5毫米，更進一步優選地，該間隙可以為3至5毫米。

在模擬葉片2經過該葉尖定時傳感器4時，該葉尖定時傳感器4可以產生一個葉尖定時脈沖信號，該脈沖信號可以輸送給與葉尖定時傳感器4進行電連接的信號采集和處理系統30。

本實用新型的一個方面，提供了一種測試系統，其中測試系統包括葉尖定時傳感器4、轉速同步傳感器5、信號處理裝置以及本實用新型提供的葉片振動模擬裝置，葉尖定時傳感器4設置于模擬機匣1上以檢測模擬葉片2的葉尖定時脈沖信號，轉速同步傳感器5用以檢測模擬葉片2的轉速，葉尖定時傳感器4和轉速同步傳感器5分別與信號處理裝置電連接。

如圖1和圖5所示，可以在轉軸10上設置一個細長的條狀反光帶，將轉速同步傳感器5設置為其延伸方向與轉軸10的中心軸線垂直，并且轉速同步傳感器5設置于轉軸10的外周面附近以能夠檢測到反光帶。可以理解的是，反光帶可以設置為其延伸方向與轉軸10的中心軸線方向平行。該轉軸10每旋轉一周，轉速同步傳感器5便能接收一個轉速脈沖信號。

圖6是根據一示例性實施方式示出的一種測試系統的示意圖。在對葉尖振幅測試設備進行驗收前，可以先對測試系統進行組裝，可以將葉尖定時傳感器4固定于第一通孔8中，將轉速同步傳感器5設置于轉軸10的外周面附近以能夠檢測單反光帶，并將葉尖定時傳感器4和轉速同步傳感器5分別與信號處理裝置電連接。

在對葉尖振幅測試設備進行驗收時，葉尖定時傳感器4將檢測模擬葉片2經過葉尖定時傳感器4時產生的葉尖定時脈沖信號，使用交流電機驅動模擬葉片2進行旋轉，以在磁場的激勵下使模擬葉片2產生共振，此時模擬葉片2的葉尖在周向方向將會向前或向后偏離，從而引起葉尖定時脈沖到達時間的改變；轉速同步傳感器5將檢測轉軸10旋轉產生的轉速同步脈沖信號，此時綜合轉速同步脈沖信號和葉尖定時脈沖信號，便可計算出模擬葉片2振動的振幅、頻率以及阻尼。經前置放大器20放大處理后的各路脈沖信號接入信號采集與處理系統30，進一步處理后形成各路傳感器的離散脈沖序列，再對各路脈沖序列進行綜合預處理，最后送入計算機40以分析得到模擬葉片2的各種振動參數。

本實用新型所描述的特征、結構或特性可以以任何合適的方式結合在一個或更多實施方式中。在上面的描述中，提供許多具體細節從而給出對本實用新型的實施方式的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以實踐本實用新型的技術方案而沒有所述特定細節中的一個或更多，或者可以采用其它的方法、組件、材料等。在其它情況下，不詳細示出或描述公知結構、材料或者操作以避免模糊本實用新型的各方面。