某發(fā)動機(jī)外部管路振動應(yīng)力測試研究

劉 濤 張蔭鰲 田金光 董 妍

（沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

發(fā)動機(jī)外部導(dǎo)管是發(fā)動機(jī)輸送燃油、滑油的主要途徑，是航空發(fā)動機(jī)的重要零件，振動因素是發(fā)動機(jī)導(dǎo)管及導(dǎo)管支架斷裂的主要原因。由于管路系統(tǒng)工作環(huán)境溫度經(jīng)常變化而且載荷相當(dāng)復(fù)雜，管路的使用壽命與管路所承受的振動應(yīng)力、裝配引起的初始應(yīng)力及焊接、裝配過程造成的損傷程度等諸多因素密切相關(guān)，每次測試時發(fā)動機(jī)整機(jī)振動值也不相同，這些因素會造成同一導(dǎo)管不同臺次測量時，應(yīng)力、振頻、共振轉(zhuǎn)速等有一定的差別。因此，發(fā)動機(jī)生產(chǎn)定型前必須進(jìn)行導(dǎo)管振動應(yīng)力測試試驗(yàn)，以保證其工作可靠性。

在試驗(yàn)過程中，對原型導(dǎo)管提出三種改進(jìn)方案，對原型導(dǎo)管及改型導(dǎo)管分別進(jìn)行動應(yīng)力測試，將測試結(jié)果進(jìn)行對比，以獲得最佳的改進(jìn)方案。三種方案分別為：

1）將原型導(dǎo)管由“U”改成“Ω”，作為1#導(dǎo)管；

2）將原“U”型導(dǎo)管上測壓接頭取消，作為2#導(dǎo)管；

3）將原“U”型導(dǎo)管上的所有零件材料改為GH536，作為3#導(dǎo)管。

2 試驗(yàn)方法

2.1 測試前準(zhǔn)備及貼片

常用的應(yīng)變片有常溫、中溫和高溫三種。我們采用的是常溫應(yīng)變片，型號：BE120-3AA，電阻值 :119.9±0.1(Ω),靈敏度系數(shù)：2.15±1%。

應(yīng)變片是傳遞試件的微小變形的敏感元件，因此其粘貼工作，是整個試驗(yàn)中最重要環(huán)節(jié)，應(yīng)變片處理的好壞直接影響測試結(jié)果。在應(yīng)變片粘貼前，需要對導(dǎo)管的貼片部位進(jìn)行打磨，用酒精、丙酮擦拭，以保持粘貼部位的清潔。應(yīng)變片粘貼后需要進(jìn)行加壓、加溫固化處理，將處理后的應(yīng)變片進(jìn)行導(dǎo)線焊接，并按照三線制方式進(jìn)行引線。對于管路系統(tǒng)來說，應(yīng)變片一般都粘貼在管路兩端和中間部位的管接頭焊縫處，應(yīng)變片的絲柵方向沿管路軸向，為保證測試到管路的最大動應(yīng)力，在每個測試截面粘貼兩個應(yīng)變片，兩個應(yīng)變片沿圓周方向相差90°，截面振動應(yīng)力為兩個應(yīng)變片測量值的合力。

2.2 電阻應(yīng)變計(jì)的工作原理

將電阻應(yīng)變計(jì)安裝在被測構(gòu)件表面上，構(gòu)件受力而變形時，電阻應(yīng)變計(jì)的敏感柵隨之產(chǎn)生相同應(yīng)變，其電阻值發(fā)生變化，用儀器測量此電阻變化即可測量出構(gòu)件表面沿敏感柵軸線方向的應(yīng)變。因此電阻應(yīng)變計(jì)的主要性能與敏感柵有關(guān)，取敏感柵材料金屬細(xì)絲，研究其把應(yīng)變轉(zhuǎn)換成電阻的關(guān)系。

金屬細(xì)絲的電阻與絲長成正比，而與其截面積成反比，電阻相對變化與應(yīng)變成一定比例，電阻應(yīng)變計(jì)就是利用應(yīng)變－電阻效應(yīng)效應(yīng)制成。

2.3 三線法連接

在非常溫條件下應(yīng)變測量時，導(dǎo)線電阻受溫度變化的影響產(chǎn)生熱輸出，許多場合下很難準(zhǔn)確模擬出導(dǎo)線所要經(jīng)歷的溫度變化狀態(tài)，采用導(dǎo)線的三線連接方法來消除導(dǎo)線熱輸出的影響。在每個應(yīng)變計(jì)引線上接出三根尺寸、長度和材料相同的導(dǎo)線，由于工作臂和補(bǔ)償臂中的導(dǎo)線電阻相等，并處于同樣的溫度變化狀態(tài)中，所產(chǎn)生的電阻變化能夠互相抵消，起到溫度補(bǔ)償作用。在批產(chǎn)發(fā)動機(jī)的導(dǎo)管動應(yīng)力試驗(yàn)中，由于試車臺內(nèi)溫度變化較大，因此也采用了三線法連接導(dǎo)線。

2.4 測試方法

在工程實(shí)際中，通常采用電阻應(yīng)變計(jì)來測量導(dǎo)管在工作過程中產(chǎn)生的應(yīng)變，從而確定其應(yīng)力的大小。振動應(yīng)力測量一般采用電測法，即將粘貼應(yīng)變計(jì)的被測導(dǎo)管安裝在發(fā)動機(jī)上，再將應(yīng)變計(jì)的引線通過屏蔽導(dǎo)線連接到動態(tài)應(yīng)變儀上，通過動態(tài)應(yīng)變儀對采集信號放大調(diào)理，再將調(diào)理后的數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集前端進(jìn)行采集，通過FFT變換進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算與分析。

粘貼在被測零件上的電阻應(yīng)變計(jì)感受零件振動變形，產(chǎn)生電阻變化，電阻變化引起電路輸出電壓變化。通過胡克定律計(jì)算振動應(yīng)力值，而應(yīng)變量與輸出電壓成線性關(guān)系，通過測量輸出電壓變化間接測量出零件振動應(yīng)力值。由于測試時主應(yīng)力方向不明確，應(yīng)將兩點(diǎn)的應(yīng)力值按進(jìn)行合成應(yīng)力計(jì)算。如果同一轉(zhuǎn)速下有兩個或兩個以上激振頻率的振動應(yīng)力，則對各應(yīng)力值求均方根值。

3 測試試驗(yàn)

將導(dǎo)管在發(fā)動機(jī)上安裝固定，整個管路動應(yīng)力測試試驗(yàn)按專用試車程序進(jìn)行。先將原型導(dǎo)管安裝在發(fā)動機(jī)上，然后再依次換上1#、2#和3#分別進(jìn)行測試，整個試驗(yàn)共開車四次。試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 導(dǎo)管動應(yīng)力測試試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

（1）整個試車過程中，應(yīng)變片都完好無損，信號正常，采集數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

（2）原型導(dǎo)管振動應(yīng)力值達(dá)54.9 Mpa，而1#導(dǎo)管的振動應(yīng)力值是20 Mpa，2#導(dǎo)管的振動應(yīng)力值達(dá)74.3 Mpa，3#導(dǎo)管在的振動應(yīng)力值達(dá)57.5 Mpa。

（3）從整個試驗(yàn)對比結(jié)果來看，1#導(dǎo)管的振動應(yīng)力值最小，即將導(dǎo)管由“U”形改成“Ω”形的方案效果最好。

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