[发明专利]转子叶片高温低周疲劳性能测试装置及方法

权利要求书

1.一种转子叶片高温低周疲劳性能测试装置，其特征在于：包括拉伸加载模块、弯曲疲劳加载模块、高温环境构建模块和支撑定位模块，其中拉伸加载模块通过X向移动平台上的螺栓与支撑平台连接，弯曲疲劳加载模块的伺服液压缸与支撑平台刚性连接，高温环境构建模块的滑台与上支撑架刚性连接，支撑定位模块的辅助支撑组件一和辅助支撑组件二与支撑平台刚性连接，辅助支撑组件一与拉伸加载模块的中间连接件一连接，辅助支撑组件二与弯曲疲劳加载模块的中间连接件二连接；

所述支撑定位模块的结构是，包括立柱、支撑平台、辅助支撑组件一、辅助支撑组件二、上支撑架、上支撑架立柱，其中立柱通过地脚螺栓与地基连接，支撑平台与立柱上端通过螺栓固定连接，辅助支撑组件一和辅助支撑组件二通过螺钉与支撑平台上方固定连接，上支撑架立柱与支撑平台通过螺栓连接，上支撑架通过螺栓与上支撑架立柱固定连接；

所述辅助支撑组件一的结构是，包括气浮轴承一、气浮轴承上基座一、辅助支撑板一和气浮轴承下基座一，其中气浮轴承上基座一和气浮轴承下基座一与支撑平台通过螺钉固定连接，上、下两组气浮轴承一分别通过螺钉与气浮轴承上基座一和气浮轴承下基座一固定连接，辅助支撑板一的底座位于上、下两组气浮轴承一之间，辅助支撑板一用于与拉伸加载模块的中间连接件一连接；

所述辅助支撑组件二的结构是，包括连接板、气浮轴承二、气浮轴承上基座二、辅助支撑板二、气浮轴承下基座二，其中连接板与支撑平台通过螺钉固定连接，气浮轴承上基座二与连接板固定连接，气浮轴承下基座二与支撑平台通过螺钉固定连接，左、右两组气浮轴承二分别与连接板、气浮轴承上基座二和气浮轴承下基座二通过螺钉固定连接，辅助支撑板二的底座位于左、右两组气浮轴承二之间，辅助支撑板二用于与弯曲疲劳加载模块的中间连接件二连接。

2.根据权利要求1所述的转子叶片高温低周疲劳性能测试装置，其特征在于：所述拉伸加载模块的结构是，包括X向移动平台、Y向移动平台、“L”型连接板、中间连接件一、力传感器一、叶片夹具，其中X向移动平台通过螺栓与支撑平台连接，Y向移动平台下端通过螺栓、滑块与X向移动平台滑动连接，“L”型连接板下端通过螺钉与Y向移动平台连接，中间连接件一通过螺栓与“L”型连接板刚性连接，力传感器一一端与中间连接件一固定连接，力传感器一另一端与叶片夹具刚性连接。

3.根据权利要求2所述的转子叶片高温低周疲劳性能测试装置，其特征在于：所述弯曲疲劳加载模块的结构是，包括伺服液压缸、中间连接件二、力传感器二、叶片夹具组件，其中伺服液压缸通过螺钉与支撑定位模块的支撑平台固定连接，伺服液压缸活塞杆输出端通过中间连接件二与力传感器二下端刚性连接，力传感器二上端与叶片夹具组件通过螺栓固定连接。

4.根据权利要求3所述的转子叶片高温低周疲劳性能测试装置，其特征在于：所述叶片夹具组件的结构是：包括夹具固定板、叶片下夹具、叶片上夹具、导向柱、星型手柄，其中叶片下夹具通过支柱与夹具固定板上方固定连接，叶片上夹具的连杆与夹具固定板上部螺纹连接，导向柱下端与叶片上夹具固定连接且与夹具固定板上部滑动连接，星型手柄下端与叶片上夹具的连杆上端螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的转子叶片高温低周疲劳性能测试装置，其特征在于：所述高温环境构建模块的结构是，包括滑台、氧乙炔喷头，其中滑台上端通过螺钉与支撑定位模块的上支撑架固定连接，滑台下端与氧乙炔喷头上端刚性连接。

6.基于如权利要求5所述装置的一种转子叶片高温低周疲劳性能测试方法，其特征在于，包括下列步骤：

步骤一：叶片夹持：先将叶片装夹到拉伸叶片夹具上，启动X向移动平台和Y向移动平台电机，调整好叶片夹具相对于叶片夹具组件的位置，将叶片被夹持端放置在叶片夹具的夹持部位，锁紧叶片夹具的夹具口，将叶片的叶片端放置在叶片夹具组件的叶片下夹具上，旋动星型手柄使叶片上夹具顶紧叶片，并通过星型手柄上的锁紧螺母将叶片锁紧，完成叶片的夹持；

步骤二：温度环境构建：启动氧乙炔喷头喷射火焰，对叶片进行加热，使滑台以带动氧乙炔喷头按照规划的轨迹快速扫描，实现对叶片的均匀加热，采用红外热像仪原位检测叶片的温度场并实时反馈，通过闭环控制保证叶片具有温度梯度；

步骤三：静态拉伸载荷加载：启动辅助支撑组件二中的气浮轴承，对弯曲疲劳加载模块的侧向力进行补偿，抵消拉伸载荷对弯曲疲劳加载模块的影响，实现对叶片的静态拉伸载荷加载，启动X向移动平台电机对叶片进行静态拉伸载荷加载；

该辅助支撑组件二加载的相关公式如下：

F4＝P4×A

F5＝P5×A

F6＝F4-F5

式中P4为左方4个气浮轴承工作时的压强、P5为右方4个气浮轴承工作时的压强，A为气浮轴承工作时的有效作用面积，F6为X向拉伸力；

步骤四：弯曲疲劳加载：启动辅助支撑组件一中的气浮轴承，对拉伸加载模块的侧向力进行补偿，抵消弯曲疲劳载荷对拉伸加载模块的影响，启动伺服液压缸首先对叶片进行静态弯曲载荷加载，然后对飞机叶片进行低频弯曲疲劳载荷加载，实现对叶片的弯曲疲劳加载；

该辅助支撑组件一加载的相关公式如下：

F1＝P1×A

F2＝P2×A

F3＝F1-F2

式中P1为上方4个气浮轴承工作时的压强、P2为下方4个气浮轴承工作时的压强，A为气浮轴承工作时的有效作用面积，F3为Y向弯曲力；

步骤五：记录实验数据：叶片断裂或达到设定循环周次后，停止加热、拉伸载荷加载和弯曲疲劳加载，记录实验数据。