一种涡轴发动机整机动力学双转子试验台

摘要

本发明公开了一种涡轴发动机整机动力学双转子试验台，涉及航空发动机试验与测试技术领域，解决现有技术中双转子试验台转速过低无法模拟发动机真实工作环境的问题。本发明包括驱动系统、转子试验件、真空防爆系统、润滑冷却系统和监测与控制系统，驱动系统包括两个驱动单元，其中一个驱动单元设为可移动单元，可移动驱动单元与转子试验件通过中央传动锥齿轮轴连接，同时，在涡轮进气机匣设有两处支承用于固定中央传动锥齿轮轴。本发明给带叶片转子创造了真空环境；中央传动锥齿轮轴可与转子试验件非垂直布局；涡轴发动机机匣结构中设计两处驱动轴支座，通过控制形位公差，保证传动轴上的锥齿轮与转子上的锥齿轮高精度啮合。

说明书

技术领域

本发明属于技术领域，具体是一种涡轴发动机整机动力学双转子试验台。

背景技术

现有技术中的双转子试验台采用双电机并列式或串列式的布局，但都无法同时驱动涡轴发动机双转子。并列式双转子试验台：涡轴发动机外转子往往是超临界转子，转速往往在40000RPM以上，并列式方案中采用的皮带传扭，但皮带受转速的限制，无法满足涡轴发动机转子对高转速的要求，皮带还给转子还带来了横向力，改变了转子的动力特性，试验件模拟真实发动机的精度也得不到保证。串列式双转子试验台：由于受结构的限制，联轴器无法实现与模拟燃气发生器转子相连，无法驱动涡轴发动机结构动力学中燃气发生器转子。

目前有两种垂直式双转子试验台，两种均通过外置一驱动齿轮，通过调整支座高度与角度以实现驱动轴上的锥齿轮与外转子上的锥齿轮啮合，这种调心方式无法满足锥齿轮间的精密啮合，而涡轴发动机燃气发生器转子往往在40000RPM以上，工程实践表明，这种通过人为调整的定心、定位方式无法满足转子对高速旋转的要求。而且，两种采用开放式的方案，即转子暴露在大气环境中，而发动机转子带有许多叶片，直接暴露在大气环境中仅通过电机直接驱动，是无法达到设计转速。此外，通过电机直接驱动转子，之间未设置增速箱，目前还没有此类高转速，高功率的电机满足该方案要求。

因此，本领域技术人员提供了一种涡轴发动机整机动力学双转子试验台，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种涡轴发动机整机动力学双转子试验台，用于解决以下技术问题：

1)受结构的限制，联轴器无法与模拟燃气发生器转子相连，无法驱动涡轴发动机结构动力学中的燃气发生器转子；

2)现有技术中的垂直式双转子试验台无增速器与真空舱，无法模拟涡轴发动机的真实工作环境。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供一种涡轴发动机整机动力学双转子试验台，包括驱动系统，所述驱动系统包括第一驱动单元和第二驱动单元，所述第二驱动单元设有可调基座用于调整角度，所述第二驱动单元与外转子通过中央传动锥齿轮轴连接；转子试验件，所述转子试验件包括进气机匣以及进气机匣内部的外转子和内转子，所述进气机匣上设有第一支承与第二支承用于支撑中央传动锥齿轮轴并限制中央传动锥齿轮轴的轴向与周向位移；真空防爆系统，所述真空防爆系统包括真空舱，模拟涡轴发动机真实工作状况，所述真空舱在增加试验安全性的同时，减小了转子气动负载，给转子高速运转创造工作条件，使得电机带动有叶片的转子高速运转；润滑冷却系统，所述润滑冷却系统用于向所述中央传动锥齿轮轴各连接部件提供润滑油；监测与控制系统，所述监测与控制系统和驱动系统、转子试验件、真空防爆系统、润滑冷却系统连接用于监测与控制所述驱动系统、转子试验件、真空防爆系统和润滑冷却系统。

根据本发明的一个实例性的实施例，所述第一驱动单元包括第一驱动电机、第一增速器和固定基座，所述第一驱动电机、第一增速器与固定基座固定连接，所述固定基座与地面固定连接，即所述第一驱动单元整体为一体式结构并固定在地面上。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二驱动单元包括第二驱动电机、第二增速器和可调基座，所述第二驱动电机、第二增速器与可调基座固定连接，所述可调基座底部设有若干万向轮，即所述第二驱动单元整体为一体式结构并可在地面上调整位置。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述中央传动锥齿轮轴输入端与第二驱动单元固定连接，所述中央传动锥齿轮轴输出端设有主动锥齿轮。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述中央传动锥齿轮轴的输入端与第二增速器输出端通过浮动轴连接，所述浮动轴进一步减低人工调整第二驱动单元时，人为调心精度不够的问题，避免因调心不到位导致齿轮轴发生失稳等有害性振动。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述中央传动锥齿轮轴在第一支承处设有第一轴承与第一轴承支座，所述第一轴承设为球轴承，所述第一轴承支座与第一支承通过螺栓连接。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述中央传动锥齿轮轴在第二支承处设有第二轴承与第二轴承支座，所述第二轴承设为棒轴承，所述第二轴承支座与第二支承通过螺栓连接。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述外转子靠近中央传动锥齿轮轴的一端设有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮与外转子通过套齿连接。

根据本发明的另一个实例性的实施例，所述第二驱动单元与转子试验件可设为非垂直布局，将第二驱动单元整体旋转至所需角度，并在第二增速器与中央传动锥齿轮轴之间设置高速柔性联轴器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明涡轴发动机机匣机体结构中设有两个支承与含有两支点的中央传动锥齿轮轴配合使用，通过控制两个支承的形位公差，保证传动轴上的锥齿轮与转子上的锥齿轮高精度啮合。

2、本发明采用浮动轴实现增速器输出端与中央传动锥齿轮轴联结起来，既满足转子对高速转子的需求，又能降低人为安装带来的转子同心误差。

3、本发明通过加装真空舱，把模拟发动机置于具有一定真空度的环境中，而非大气环境，满足对涡轴发动机中带叶片的转子高速驱动的要求，以实现对发动转子的高速(转子过二阶临界)驱动。

4、本发明通过齿轮传扭，且靠近外转子前支承，对试验件的影响更小，试验件试验精度更高。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为一种涡轴发动机整机动力学双转子试验台整体结构示意图；

图2为一种涡轴发动机整机动力学双转子试验台俯视图；

图3为转子试验件整体结构示意图；

图4为转子试验件左视图；

图5为图4的A-A剖视图；

图6为图5的B部分局部放大图；

图7为本发明结构框图。

图中：1、第一驱动单元；101、第一驱动电机；102、第一增速器；103、固定基座；2、第二驱动单元；201、第二驱动电机；202、第二增速器；203、可调基座；3、转子试验件；301、内转子；302、外转子；303、第一支承；304、第二支承；305、从动锥齿轮；4、中央传动锥齿轮轴；401、浮动轴；402、主动锥齿轮；403、第一轴承；404、第一轴承支座；405、第二轴承；406、第二轴承支座；5、真空舱；6、第一试验件固定台；7、第二试验件固定台。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

根据本发明的一个总体技术构思，提供一种涡轴发动机整机动力学双转子试验台，包括驱动系统，所述驱动系统包括第一驱动单元1和第二驱动单元2，所述第二驱动单元2设有可调基座203用于调整角度，所述第二驱动单元2与外转子302通过中央传动锥齿轮轴4连接；转子试验件3，所述转子试验件3包括进气机匣以及进气机匣内部的外转子302和内转子301，所述进气机匣上设有第一支承303与第二支承304用于支撑中央传动锥齿轮轴4并限制中央传动锥齿轮轴4的轴向与周向位移；真空防爆系统，所述真空防爆系统包括真空舱5，模拟涡轴发动机真实工作状况，真空舱5在增加试验安全性的同时，减小了转子气动负载，给转子高速运转创造工作条件，使得电机带动有叶片的转子高速运转；润滑冷却系统，所述润滑冷却系统用于向所述中央传动锥齿轮轴4各连接部件提供润滑油；监测与控制系统，所述监测与控制系统和驱动系统、转子试验件3、真空防爆系统、润滑冷却系统连接用于监测与控制所述驱动系统、转子试验件3、真空防爆系统和润滑冷却系统。

在本发明的第一个示例性实施例中，中央传动锥齿轮轴4与转子试验件3布局呈90°夹角。

如图1和图2所示，在图示的实施例中，第一驱动单元1包括第一驱动电机101、第一增速器102和固定基座103，所述第一驱动电机101、第一增速器102与固定基座103固定连接，所述固定基座103与地面固定连接，即所述第一驱动单元1整体为一体式结构并固定在地面上。

如图1和图2所示，在图示的实施例中，第二驱动单元2包括第二驱动电机201、第二增速器202和可调基座203，所述第二驱动电机201、第二增速器202与可调基座203固定连接，所述可调基座203底部设有若干万向轮，即所述第二驱动单元2整体为一体式结构并可在地面上调整位置。

优选的，在本实施例中，只需要配置低速的大功率电机，通过增速器增速，即可实现对不同转速需求的转子的驱动。

如图1-6所示，在图示的实施例中，中央传动锥齿轮轴4输入端与第二驱动单元2固定连接，所述中央传动锥齿轮轴4输出端设有主动锥齿轮402。

如图1-6所示，在图示的实施例中，中央传动锥齿轮轴4的输入端与第二增速器202输出端通过浮动轴401连接。

优选的，在本实施例中，浮动轴401可以进一步减低人工调整第二驱动单元2时，人为调心精度不够的问题，避免因调心不到位导致齿轮轴发生失稳等有害性振动。

如图5和图6所示，在图示的实施例中，中央传动锥齿轮轴4在第一支承303处设有第一轴承403与第一轴承支座404，所述第一轴承403设为球轴承，球轴承可实现对传动轴的轴向定位，所述第一轴承支座404与第一支承303通过螺栓连接。

如图5和图6所示，在图示的实施例中，中央传动锥齿轮轴4在第二支承304处设有第二轴承405与第二轴承支座406，所述第二轴承405设为棒轴承，棍棒轴承可实现轴向补偿，避免重要传动轴因安装而卡死，所述第二轴承支座406与第二支承304通过螺栓连接。

优选的，在本实施例中，本发明直接在模拟涡轴发动机结构动力学整机机匣中设计中央传动锥齿轮轴4的第一支承303和第二支承304，通过控制加工误差来保障中央传动锥齿轮轴4上的主动锥齿轮402与转子从动锥齿轮305的啮合精度，进而满足高速啮合的需求。

优选的，在本实施例中，靠近主动锥齿轮402的轴承为球轴承，远离主动锥齿轮402的为棒轴承，这与发动机真实结构一致，保证了双转子实验的准确性。

如图5和图6所示，在图示的实施例中，外转子302靠近中央传动锥齿轮轴4的一端设有从动锥齿轮305，所述从动锥齿轮305与外转子302通过套齿连接。

优选的，在本实施例中，本发明试验台整体放置于真空舱5中，对试验器环境抽真空，模拟涡轴发动机真实工作环境，带动转子进行高转速实验，避免转子叶片暴露在大气环境，对转子转速造成影响。

优选的，在本实施例中，本发明可以根据增速器的输出最高转速，合理化设计主动锥齿轮402与从动锥齿轮305的齿数比，从而设计合理的中央传动锥齿轮轴4的转速范围，以避开中央传动锥齿轮轴4的临界转速；比如增速器最高输出转速为20000RPM，而转速工作转速为40000RPM，则可取主动锥齿轮402齿数为从动锤齿轮齿数的2倍。

在本发明的第二个示例性实施例中，中央传动锥齿轮轴4与转子试验件3可呈非垂直布局。

优选的，在本实施例中，第二驱动单元2与转子试验件3可设为非垂直布局，将第二驱动单元2整体旋转至所需角度，并在第二增速器202与中央传动锥齿轮轴4之间设置高速柔性联轴器即可。

优选的，在上述两个实施例中，真空舱5内设有第一试验件固定台6与第二试验件固定台7，转子试验件3进气机匣部分与第一试验件固定台6通过螺栓连接，转子试验件3另一端与第二试验件固定台7通过螺栓连接。

优选的，在上述两个实施例中，中央传动锥齿轮轴4的转子动力学设计中，只需要合理匹配支承刚度，即可避免中央传动轴在其临界转速附近工作，产生有害振动，通常设计中央传动锥齿轮轴4的工作转速n避开其临界转速N的20％，即转速n在[0.8N,1.2N]区间以外。

本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制，此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。