[发明专利]一种航空发动机轴类部件支撑刚度模拟器

说明书

本发明属于航空发动机轴类部件结构强度试验领域，涉及一种航空发动机轴类部件支撑刚度模拟器。本发明为采用镂空的圆筒设计的鸟笼式结构，所述刚度模拟器为立式层叠结构，由上、下轴承座及连接螺栓组成；所述刚度模拟器的内部结构形状和尺寸由航空发动机轴类部件真实结构决定，保留航空发动机轴的轴承及附件的真实结构、加工和装配工艺；所述刚度模拟器的外部结构形状和尺寸由大型有限元软件优化设计模块，按照要求的几何特征参数对圆筒的镂空结构、形状进行优化设计。本发明降低模拟器径向刚度的同时保证具有足够的轴向刚度，消除了试验误差。

技术领域

本发明属于航空发动机轴类部件结构强度试验领域，涉及一种航空发动机轴类部件支撑刚度模拟器。

背景技术

发动机旋转部件的强度、寿命、刚度、损伤容限研究作为型号研制中的一项关键技术，迫切需要相关的试验验证。大涵道比涡扇发动机轴类部件的结构、强度、刚度、寿命试验是商用发动机适航取证过程中必须进行的项目之一。必须建立完整的研究体系，降低取证成本和风险，保证型号研制周期。

通常航空发动机轴类部件的最大工作载荷比台架试车的载荷大很多，在试车台上进行的发动机整机试车，无法对轴类部件的疲劳寿命进行有效的试验验证。因此，在专门的试验器上进行轴类部件疲劳寿命试验验证，具有特别重要的意义。

发动机轴类部件作为大涵道比涡扇发动机传递功率的重要部件，一旦出现断裂故障，会造成极其严重的后果，因此要求发动机轴类部件具有很高的可靠性和极低的破坏率。对于如此重要而又受力复杂的零件，仅仅依据强度理论计算疲劳寿命和强度储备来保证使用安全是不够的，必须经过试验验证。在飞行中，发动机轴类部件承受的载荷非常复杂。这些载荷主要为：主扭矩、轴向力、振动扭矩和旋转弯矩。由于发动机结构上的需要，发动机轴类部件通常设计有孔、槽、花键和台阶等复杂的几何形状。这些部位由于应力集中因素的存在，导致局部应力很高。发动机轴类部件寿命的长短、强度储备往往也就是由这种局部应力很高的危险截面来确定。

80年代初国内某单位从英国引进了能联合施加多种载荷的轴类部件疲劳试验器。该试验器存在明显的缺点，即：试验轴上不能有转子支点，这是个很致命的缺点，因为悬臂轴的大弯矩截面都位于支点附近，不能加支点，势必导致刚度边界条件模拟不真实，从而造成试验结果的严重失真。

发明内容

本发明的目的是：针对目前在航空发动机轴类部件的试验中试验轴上不能有转子支点的缺点，提供一种可实现轴类部件支撑刚度模拟的鸟笼式刚度模拟器。

本发明的技术方案是：一种航空发动机轴类部件支撑刚度模拟器，所述刚度模拟器为采用镂空的圆筒设计的鸟笼式结构，所述刚度模拟器为立式层叠结构，由上、下轴承座及连接螺栓组成；所述刚度模拟器的内部结构形状和尺寸由航空发动机轴类部件真实结构决定，保留航空发动机轴的轴承及附件的真实结构、加工和装配工艺；所述刚度模拟器的外部结构形状和尺寸由大型有限元软件优化设计模块，按照要求的几何特征参数对圆筒的镂空结构、形状进行优化设计。

本发明的有益效果：本发明采用镂空的圆筒设计了鸟笼式刚度模拟器，降低模拟器径向刚度的同时保证具有足够的轴向刚度；本发明消除了结构、材料、加工和装配工艺对试验的影响，在满足体积、强度储备系数的限制下，设计出最佳的结构，在试验器上真实再现了航空发动机轴类部件的支撑边界条件，消除了试验误差。本发明对其它轴类部件试验支撑刚度和边界条件的模拟具有很好的推广意义。

附图说明

图1是本发明所述的某两支点航空发动机轴类部件结构图；

图2是本发明所述的刚度模拟器示意图；

图3是本发明所述的刚度模拟器下轴承支座设计尺寸示意图；

图4是本发明所述的刚度模拟器上轴承支座设计尺寸示意图；

图5是本发明所述的刚度模拟器与发动机轴等附件装配示意图；