航空發動機露天試車臺反推擋板結構設計

秦崢嶸，劉元周，吉海云，李艷軍

（沈陽發動機研究所，沈陽 110015）

0 引言

航空發動機露天試車臺是航空發動機整機試驗配套系統中不可缺少的組成部分。反推擋板作為露天試車臺使用的專用設備，在露天環境下進行發動機反推裝置試車時，反推裝置的高溫氣流有可能會被發動機吸入，從而造成發動機進口的溫度畸變，影響發動機的穩定工作。反推氣流擋板的使用，可以使反推裝置的高溫氣流被阻擋，避免發動機因溫度畸變造成失速和喘振[1-2]。

本文根據露天試車臺反推擋板設計要求進行擋板需求分析，開展露天試車臺發動機反推試驗擋板結構設計，確保擋板設備在露天試驗環境下滿足設計要求，實現阻擋反推氣流的功能。

1 反推擋板需求分析

通過對露天試車臺反推擋板設備結構設計的需求指標進行歸類整理，擋板需求識別如表1所示，表1中共識別出8項反推擋板結構設計需求，本文將以此為依據對反推擋板開展結構設計。

表1 反推擋板結構設計需求分析

2 方案設計

2.1 反推擋板總體

根據需求分析，反推擋板結構設計如圖1所示，反推擋板為可移動框架結構，長為14.5 m，寬為4 m（行走機構寬），高為9 m，質量為17.3 t。考慮吊裝及運輸要求，反推擋板采用分體結構，主體分為3部分，每個結構單元體長4.5 m，每部分均由擋板主體與行走機構組成，3個主體之間通過薄鋼板進行連接，薄鋼板與其中一個主體固定在一起。反推擋板還包括有連接座，該裝置在擋板安裝到位時固定中間主體。

圖1 反推擋板

擋板主體有2種結構形式：與進氣道連接的擋板主體結構Ⅰ，與擋板主體結構Ⅰ兩側相連的主體結構Ⅱ。為了減小反推擋板的迎風面積，同時更好地引導反推氣流，擋板主體結構Ⅱ與擋板主體結構Ⅰ之間有10°夾角。

2.2 擋板框架結構設計

擋板主體框架結構有擋板主體Ⅰ框架和擋板主體Ⅱ2種框架結構。其中，在框架和擋板結構中廣泛采用H鋼立柱，利用H鋼結構在露天場地使用環境下進行排水，防止因積水而銹蝕，滿足需求分析中排水結構的設計要求。

擋板主體Ⅰ框架結構如圖2所示，該框架結構由HW100×100的H鋼橫梁、HW200×200的H鋼長立柱、50×5方鋼斜梁組成。圖2中序號1所示的立柱、橫梁及斜拉梁與框架結構通過螺栓連接，框架結構其余部分通過焊接相連。

圖2 擋板主體Ⅰ框架結構

擋板主體Ⅱ與擋板主體Ⅰ通過薄鋼板相連，擋板主體Ⅱ框架結構如圖3所示，由HW200×200的H鋼立柱和HW100×100的H鋼橫梁及50×5方鋼斜梁焊接而成，為全焊接結構，方鋼斜梁對框架起到加強穩固作用。

圖3 擋板主體Ⅱ框架結構

在框架結構的下端焊接有底板，底板上設有通孔（可與反推擋板行走機構進行固定），在H鋼立柱上焊接斜支撐安裝板，通過該安裝板可與斜支撐連接，在H鋼立柱上端及下端均焊接有連接鋼絲繩的系留裝置，用于與試驗場地之間系留固定，防止擋板傾覆及擺動。

2.3 擋板設計

由于擋板主體Ⅰ與發動機進氣道相連，因此擋板結構有2種形式：一種是擋板結構Ⅰ，另一種則由鋼板直接焊接在擋板主體框架上。

擋板結構Ⅰ如圖4所示，擋板結構Ⅰ與擋板主體Ⅰ框架結構通過螺栓連接，該結構由4個結構尺寸相同的子結構組成。

圖4 擋板結構Ⅰ

為保證發動機及其進氣道安全，避免反推擋板在使用過程中由于發動機的振動及擋板的晃動對發動機工藝進氣道產生不必要的碰磨，因此反推擋板與工藝進氣道之間采用間隙配合，同時給安裝預留調整余量，單邊間隙為50 mm。

2.4 斜支撐及其橫拉梁

斜支撐對反推擋板起加強固定作用，結構如圖5所示，斜支撐由100×100方鋼與50×50方鋼焊接而成，在100×100方鋼兩端及50×50方鋼一端均焊接有安裝板，用于與主體框架及行走機構的連接。斜支撐通過該安裝板與擋板主體框架及行走機構相連形成整體。

圖5 擋板斜支撐

2.5 行走機構結構設計

反推擋板每個單元的長度為4.5 m，高為9 m，行走機構與之相適應，同時考慮現場預留一定操作空間，因此確定行走機構外形尺寸為4.5 m×4 m（長×寬）。

行走機構的車體輪距為3.5 m，底盤高度為0.3 m，滿足設計要求中提出的6°坡地路面移動要求。

行走機構的車輪選取萬向輪，滿足設計要求中提出轉向角度不小于40°的要求，同時在行走機構的前后均設置了連接牽引桿所用裝置，通過該裝置可以連接牽引桿，實現對擋板單元的調整。前后兩排萬向輪均設有鎖定裝置，調整過程中將后排萬向輪鎖定成直輪。此外考慮露天臺地面的承載能力，萬向輪選用質地較軟的橡膠實心輪。

行走機構在反推擋板安裝結束后，為保證露天試車臺架和發動機部件安全，需要設置升降支撐防止行走機構自由移動，此外該支撐還具備反推擋板高度調整功能。在反推擋板安裝到位后，擋板主體結構Ⅰ上的行走機構需要通過連接座與試車臺上的預埋鋼板連接從而固定擋板主體結構Ⅰ，防止反推擋板受力時發生傾覆或擺動狀況。

綜上所述，行走機構由車體框架、萬向輪組件、牽引桿組件和升降支撐組件組成，結構如圖6所示。

圖6 移動車輪廓圖

2.6 可調節設計

由需求分析可知考慮到反推擋板未來的使用情況，當進氣道測量段直徑變化時及進氣道中心高變化時，反推擋板應具備進行改裝以適應新進氣道尺寸的能力。為滿足上述要求，擋板主體結構Ⅰ設計成如圖7所示。

1）進氣道測量段直徑變化。

圖7中與發動機進氣道相連接的1、2、3、4，該結構與擋板主體Ⅰ通過螺栓連接，目前開孔直徑為2000 mm,當發動機進氣道尺寸發生變化時，根據發動機工藝進氣道的尺寸變化更換相應尺寸的1、2、3、4，從而滿足發動機工藝進氣道直徑變化的要求。

2）進氣道中心高變化。

圖7中結構5為活動結構，該結構通過螺栓與主體框架相連。當進氣道中心高由6 m變成5 m時，將1、2、3、4下移并將5上移到上側與主體框架連接即可滿足要求。當工藝進氣道中心高為5～6 m之間時，將結構5拆掉并將1、2、3、4下移到所要求的位置，同時根據上下所余空間重新加工與結構5的結構形式相似但高度適應所余空間的結構件，并將其固定到主體框架上即可滿足擋板設備中心高可調節變化的要求。

3 反推擋板實物

根據上述反推擋板結構設計，該擋板設備已完成實物加工及試驗場地預安裝，現場安裝的擋板設備與場地連接牢固可靠，擋板試驗現場安裝示意圖如圖8所示。

圖8 反推擋板實物

4 結語

本文通過對航空發動機露天試車臺反推擋板設備結構開展需求分析，考慮反推擋板使用環境、使用場地承載能力等設計約束，對露天試車臺反推擋板結構設計進行詳細介紹，確保反推擋板結構滿足設計要求，從而確保擋板設備功能的實現。