民用涡轴发动机模拟风车试验工装的制作方法

1.本发明涉及航空发动机风车试验技术领域，特别地，涉及一种民用涡轴发动机模拟风车试验工装。


背景技术：

2.航空发动机在运行过程中一旦熄火，发动机就会处于停车状态，此时轴承处于断油状态，但因飞机在滑行时前方气流会不断进入风扇和压气机内，驱使发动机转子维持转动，此时转子的转速即为风车转速，这种在航空发动机停车时由于气流带动发动机转子继续旋转且轴承处于断油状态即为航空发动机的风车状态。
3.目前要求航空发动机须具备安全的风车能力，因此需要对航空发动机进行风车试验考核，相比于军用涡轴发动机，民用涡轴发动机的风车试验要求更为严苛，主要表现在试验时间更长、不确定性风险更大等。民用航空发动机适航条款规定：民用涡轴发动机在最长的飞行周期内发动机转子具有持久风车能力，即民用涡轴发动机在整个工作包线范围内，发动机要有连续风车旋转的能力，而且不损伤发动机，不引起滑油过量消耗及不影响发动机空中再起动和正常工作能力。
4.传统的航空发动机风车试验方法是直接将航空发动机整机安装在高空台上进行风车试验，以在发动机停车时，通过气流继续带动燃气发生器转子和动力涡轮转子旋转，在轴承处于断油状态条件下进行风车试验。但该试验方法的成本十分昂贵，需要配置航空发动机整机，投入大量人力、资源及设备成本，并且试验周期较长，需要进行发动机整机的装配、发动机与高空台之间的装配，装配过程中遇到零件返修等问题时还会进一步延长试验周期，而且由于高空台系统复杂，很可能发生非发动机引起的其他故障，影响安全的不确定性因素较多，试验风险较大。


技术实现要素：

5.本发明提供了一种民用涡轴发动机模拟风车试验工装，以解决现有航空发动机风车试验方法的成本高、周期长且存在安全隐患的技术问题。
6.一种民用涡轴发动机模拟风车试验工装，用于对民用涡轴发动机的燃气发生器进行模拟风车试验，所述燃气发生器包括转子和沿所述转子的轴向间隔布设于所述转子上的多个支撑轴承，以及安装于所述转子上的燃气涡轮盘，所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装包括定位机构、驱动机构、供油机构和模拟叶片；
7.所述定位机构包括与所述燃气发生器上的多个支撑轴承一一对应设置的多个轴承座，所述轴承座用于安装所述支撑轴承；
8.所述驱动机构包括传动轴、功率输入法兰和功率输出法兰，所述传动轴的第一端用于与驱动电机连接，所述传动轴的第二端与所述功率输入法兰连接，所述功率输出法兰用于与所述转子连接，所述功率输入法兰和所述功率输出法兰之间通过螺栓连接固定；
9.所述供油机构与所述轴承座连接并用于为所述支撑轴承提供滑油；
10.所述模拟叶片用于安装在所述燃气涡轮盘上以代替真实叶片，所述模拟叶片的惯量参数与所述真实叶片的惯量参数相同，所述模拟叶片采用实心的直条状结构。
11.优选地，所述传动轴的第一端和第二端均设有外花键，所述外花键的键齿沿所述传动轴的轴向呈中间高两端低的抛物线结构，所述功率输入法兰上设有与所述传动轴的第二端上的外花键啮合的第一内花键。
12.优选地，所述传动轴包括轴体和与所述轴体一体成型并分设于所述轴体的两端上的两个凸环，所述凸环的外径大于所述轴体的外径，所述外花键设于所述凸环靠近所述轴体的一侧，所述凸环远离所述轴体的一侧用于通过去除部分材料来调整所述传动轴的动平衡。
13.优选地，所述功率输入法兰还包括轴向限位板，所述凸环的端面抵接所述轴向限位板，以通过所述凸环和所述轴向限位板的配合对所述传动轴进行轴向限位。
14.更优地，所述功率输入法兰还包括开设于所述第一内花键与所述轴向限位板之间的退刀槽，所述退刀槽的槽壁和槽底之间设有倒圆角。
15.优选地，所述功率输入法兰包括第一连接盘和环绕所述第一连接盘设置的限位环，所述限位环与所述第一连接盘共同围合成限位槽，所述功率输出法兰包括嵌设于所述限位槽内的第二连接盘，所述第一连接盘和所述第二连接盘上对应的位置均开设有用于穿设螺栓的连接孔。
16.优选地，所述功率输出法兰包括沿轴向依次设置的第一套环和第二套环，所述第一套环的内径大于所述第二套环的内径，以在所述第一套环和所述转子之间形成收容腔，所述第二套环的内壁上设有用于与所述转子上预设的花键啮合的第二内花键，所述转子对应所述第一套环的位置预设有外螺纹，所述驱动机构还包括置于所述收容腔内并用于与所述转子螺纹连接的紧固螺母。
17.进一步地，所述定位机构还包括支撑座和与所述支撑座的顶部连接的限位座，所述支撑座和所述限位座上均设有半圆槽，所述支撑座上的半圆槽和所述限位座上的半圆槽共同围合成限位孔，所述限位孔与所述轴承座相适配并用于固定所述轴承座。
18.进一步地，所述定位机构还包括设于所述支撑座上的吊耳、与所述支撑座连接并用于固定所述支撑座的定位组件。
19.进一步地，所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装还包括试验舱，所述定位机构和所述驱动机构均设于所述试验舱内。
20.本发明具有以下有益效果：
21.本发明提供的民用涡轴发动机模拟风车试验工装先通过定位机构安装固定燃气发生器，再通过驱动机构驱动燃气发生器的转子以预设转速旋转，并通过供油机构为燃气发生器的支撑轴承提供滑油或者停止供油，能够在地面精准模拟航空发动机处于风车状态下的转速和断油条件，测试支撑轴承在风车状态下的磨损情况，检测支撑轴承是否有因断油条件下的风车试验而引起的损坏，有效降低航空发动机的风车试验成本，缩短试验周期，并避免了在高空台上存在的试验风险。其二，由于民用涡轴发动机在轴承断油的风车状态下，动力涡轮转子的转速远低于燃气发生器转子的转速，因此在风车状态下，燃气发生器的故障风险远大于动力涡轮的故障风险，该民用涡轴发动机模拟风车试验工装仅对燃气发生器进行模拟风车试验，便可判断涡轴发动机整机是否符合风车性能要求，相比对涡轴发动
机整机进行风车试验的方式，有效减少装配工序，进一步降低试验成本，缩短试验周期。其三，驱动机构的功率输入法兰和功率输出法兰之间通过螺栓连接固定，将燃气发生器的转子上原配的锥齿轮改为法兰盘结构，装配更加方便快捷，并可更好地传递功率，减小模拟风车试验过程中的整体振动，保证功率传输平稳、精准，提升试验结构的精准性和可靠性。其四，在燃气发生器的燃气涡轮盘上配置模拟叶片以代替真实叶片，基于惯量参数一致的前提下，模拟叶片采用实心的直条状结构，将真实叶片的空心结构替换为实心结构，将真实叶片的曲面结构替换为直条状结构，同时还可以采用成本更低的材料进行加工制造，大大节约了试验件成本，方便灵活更换不同规格的模拟叶片，满足不同的试验要求，并避免在试验过程中对真实叶片造成损坏。
22.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
23.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1为本发明实施例提供的民用涡轴发动机模拟风车试验工装的使用状态参考图；
25.图2为图1所示的驱动机构的剖面结构示意图；
26.图3为图2所示的驱动机构中的传动轴的剖面结构示意图；
27.图4为图3所示的传动轴的a区域的局部放大图；
28.图5为图2所示的驱动机构中的功率输入法兰和功率输出法兰的装配结构图；
29.图6为图2所示的驱动机构中的功率输出法兰和转子的装配结构图；
30.图7为图1所示的定位机构的结构示意图；
31.图8为采用图1所示的民用涡轴发动机模拟风车试验工装进行模拟风车试验之后的支撑轴承温度变化曲线图，在模拟风车试验之前的支撑轴承的温度约50℃；
32.图9为采用图1所示的民用涡轴发动机模拟风车试验工装进行模拟风车试验之后的支撑轴承温度变化曲线图，在模拟风车试验之前的支撑轴承的温度为室温。
33.图例说明：
34.100、民用涡轴发动机模拟风车试验工装；1、定位机构；11、轴承座；12、支撑座；13、限位座；14、吊耳；15、定位组件；2、驱动机构；21、传动轴；210、外花键；211、轴体；212、凸环；22、功率输入法兰；221、第一内花键；222、轴向限位板；223、退刀槽；224、第一连接盘；225、限位环；23、功率输出法兰；231、第二连接盘；232、第一套环；2321、收容腔；233、第二套环；2331、第二内花键；234、定位壁；24、紧固螺母；25、螺母锁片；3、模拟叶片；4、试验舱；200、燃气发生器；201、转子；202、支撑轴承；203、燃气涡轮盘。
具体实施方式
35.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
36.图1至图9共同示出了本发明实施例提供的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其
用于对民用涡轴发动机的燃气发生器进行模拟风车试验，通过模拟民用涡轴发动机处于风车状态下的转速和断油条件，测试支撑轴承在风车状态下的磨损情况，检测支撑轴承是否有因断油条件下的风车试验而引起的损坏，有效降低航空发动机的风车试验成本，缩短试验周期，并避免了在高空台上存在的试验风险。
37.请结合图1和图2，所述燃气发生器200包括转子201和沿所述转子201的轴向间隔布设于所述转子201上的多个支撑轴承202，以及安装于所述转子201上的燃气涡轮盘203。所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装100包括定位机构1、驱动机构2和供油机构(图未示，下同)，所述定位机构1包括多个轴承座11，多个轴承座11与所述燃气发生器200上的多个支撑轴承202一一对应设置，所述轴承座11用于安装所述支撑轴承202，以对所述支撑轴承202进行定位固定，并允许所述支撑轴承202在所述轴承座11内转动。
38.优选地，所述驱动机构2包括传动轴21、功率输入法兰22和功率输出法兰23，所述传动轴21的第一端用于与驱动电机连接，以通过驱动电机驱动所述传动轴21转动，所述传动轴21的第二端与所述功率输入法兰22连接并用于带动所述功率输入法兰22同步转动，所述功率输出法兰23用于与所述转子201连接并用于带动所述转子201同步转动，所述功率输入法兰22和所述功率输出法兰23之间通过螺栓连接固定。所述供油机构与所述轴承座11连接并用于为所述支撑轴承202提供滑油，所述供油机构还用于在进行模拟风车试验时停止供油。
39.所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装100先通过所述定位机构1安装固定所述燃气发生器200，再通过所述驱动机构2驱动所述燃气发生器200的转子201以预设转速旋转，并通过所述供油机构为所述燃气发生器200的支撑轴承202提供滑油或者停止供油，能够在地面精准模拟航空发动机处于风车状态下的转速和断油条件，测试所述支撑轴承202在风车状态下的磨损情况，检测所述支撑轴承202是否有因断油条件下的风车试验而引起的损坏，有效降低航空发动机的风车试验成本，缩短试验周期，并避免了在高空台上存在的试验风险。其二，由于民用涡轴发动机在轴承断油的风车状态下，动力涡轮转子的转速远低于燃气发生器转子的转速，因此在风车状态下，所述燃气发生器200的故障风险远大于动力涡轮的故障风险，所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装100仅对所述燃气发生器200进行模拟风车试验，便可判断涡轴发动机整机是否符合风车性能要求，相比对涡轴发动机整机进行风车试验的方式，有效减少装配工序，进一步降低试验成本，缩短试验周期。其三，所述驱动机构2的功率输入法兰22和功率输出法兰23之间通过螺栓连接固定，将所述燃气发生器200的转子201上原配的锥齿轮改为法兰盘结构，装配更加方便快捷，并可更好地传递功率，减小模拟风车试验过程中的整体振动，保证功率传输平稳、精准，提升试验结构的精准性和可靠性。
40.优选地，所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装100还包括模拟叶片3，所述模拟叶片3用于安装在所述燃气涡轮盘203上以代替真实叶片，所述模拟叶片3的惯量参数与所述真实叶片的惯量参数相同，所述模拟叶片3采用实心的直条状结构。首先确保所述模拟叶片3的质量及转动惯量均与真实叶片保持一致，以精确模拟真实叶片，在基于惯量参数一致的前提下，所述模拟叶片3采用实心的直条状结构，将真实叶片的空心结构替换为实心结构，并将真实叶片的曲面结构替换为直条状结构，同时还可以采用成本更低的材料进行加工制造所述模拟叶片3，大大节约了试验件成本，方便灵活更换不同规格的模拟叶片3，满足
不同的试验要求，并避免在试验过程中对真实叶片造成损坏。
41.优选地，所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装100还包括检测机构(图未示，下同)，所述检测机构包括分别与所述轴承座11连接的轴向振动检测组件、竖向振动检测组件和横向振动检测组件。所述轴向振动检测组件的检测方向沿所述转子201的轴向设置，所述竖向振动检测组件的检测方向沿竖直方向设置，所述横向振动检测组件的检测方向沿水平方向设置且相对于所述转子201垂直。在风车试验的过程中，通过所述检测机构分别检测所述支撑轴承202的轴向振动、竖向振动和横向振动数据，沿空间直角坐标系的三个轴线方向分别检测所述支撑轴承202的振动情况，综合判断所述支撑轴承202在试验过程中的磨损情况，进而判断所述支撑轴承202的性能参数及其使用寿命，为模拟风车试验提供有效的数据支撑。
42.进一步地，所述检测机构还包括与所述轴承座11连接的滑油检测组件，所述滑油检测组件用于检测所述轴承座11内的滑油的油量、油压和/或油温，从而实现对所述支撑轴承202的润滑油量、润滑油温度、润滑油压力调节监控，并间接检测出所述支撑轴承202在模拟风车试验过程中的温度，提供更多试验数据，综合评价所述支撑轴承202的参数性能。
43.请结合图3和图4，所述传动轴21的第一端和第二端均设有外花键210，所述外花键210的键齿沿所述传动轴21的轴向呈中间高两端低的抛物线结构，所述功率输入法兰22上设有第一内花键221(在图5中示出)，所述第一内花键221与所述外花键210相适配并与所述传动轴21的第二端上的外花键210啮合，另外，所述传动轴21的第一端上的外花键210用于与所述驱动电机的输出结构啮合。
44.所述外花键210通过将其键齿的外表面打磨成中间高两端低的抛物线结构，能够有效优化所述键齿表面的工作载荷分布，能够与所述功率输入法兰22和所述驱动电机的输出结构实现更加紧密的啮合，使内外花键在工作状态中的接触应力更加均匀，相比常规花键齿面受到的应力更小，提升抗疲劳能力，并减少花键啮合结构的磨损，从而提升使用寿命。
45.进一步地，所述外花键210设为渐开线型花键，以具备较强的承载能力，能够自动定心，安装精度高，相同外形尺寸下花键小径大，有利于增加所述传动轴21的刚度。
46.优选地，所述传动轴21包括轴体211和分设于所述轴体211的两端上的两个凸环212，所述凸环212相对所述轴体211同轴设置并与所述轴体211一体成型，所述凸环212的外径大于所述轴体211的外径，所述外花键210设于所述凸环212靠近所述轴体211的一侧，所述凸环212远离所述轴体211的一侧用于通过去除部分材料来调整所述传动轴21的动平衡。
47.首先，由于所述凸环212的外径更大，强度更高，在所述凸环212上加工出所述外花键210，能够保证所述外花键210的强度和刚度，提升所述外花键210的传动精度和稳定性，并避免所述外花键210对所述传动轴21的结构强度产生影响。其次，将所述外花键210设于所述凸环212靠近所述轴体211的一侧，相比将所述外花键210设于所述传动轴21的末端，能够进一步提升所述外花键210的稳定性，避免所述外花键210所处位置发生晃动，避免所述外花键210的键齿在传动过程中被崩裂，有效提升所述外花键210的使用寿命。更为重要的是，该结构还能使所述凸环212远离所述轴体211的一侧构成凸台结构，不仅能够利用该凸台结构与对象件连接时起到轴向限位作用，还能通过沿所述凸台结构的外周去除部分材料来调整所述传动轴21的动平衡，由于所述凸环212属于所述传动轴21沿径向向外突出的结
构，调整所述凸环212的厚度不会对所述传动轴21的自身强度造成影响，也不会对所述凸环212的轴向限位效果产生任何影响，从而可通过去除所述凸环212的部分材料来调整所述传动轴21整体的动平衡，方便对所述传动轴21进行动平衡矫正，提升所述传动轴21的稳定性。
48.优选地，所述轴体211与所述凸环212之间设有倒圆角，以优化所述轴体211与所述凸环212之间的转角位置的受力情况，避免所述传动轴21沿所述轴体211与所述凸环212之间的位置发生断裂，进一步提升所述传动轴21的结构强度。
49.如图5所示，所述功率输入法兰22还包括轴向限位板222，所述凸环212的端面抵接所述轴向限位板222，以通过所述凸环212和所述轴向限位板222的配合对所述传动轴21进行轴向限位，限位结构简单高效。
50.优选地，所述功率输入法兰22还包括开设于所述第一内花键221与所述轴向限位板222之间的退刀槽223，所述退刀槽223的槽壁和槽底之间设有倒圆角。通过所述退刀槽223将所述第一内花键221和所述轴向限位板222间隔开，以在加工所述第一内花键221时能够顺畅退刀，避免损失所述功率输入法兰22的其他位置，同时还可以避免局部应力集中，通过所述退刀槽223及其倒圆角结构有效释放所述第一内花键221在传动过程中所受到的应力，提升所述第一内花键221的使用寿命。
51.优选地，所述功率输入法兰22还包括第一连接盘224和环绕所述第一连接盘224设置的限位环225，所述限位环225设于所述第一连接盘224靠近轴心的一侧并与所述第一连接盘224共同围合成限位槽，所述功率输出法兰23包括嵌设于所述限位槽内的第二连接盘231，所述第一连接盘224和所述第二连接盘231上对应的位置均开设有用于穿设螺栓的连接孔，所述连接孔沿所述第一连接盘224或所述第二连接盘231的周向均匀布设有多个。装配时，能够先通过所述限位槽与所述第二连接盘231之间的限位配合，实现所述功率输入法兰22和所述功率输出法兰23沿轴向及径向的预定位，再采用螺栓依次穿设于所述第一连接盘224和所述第二连接盘231的连接孔中将所述第一连接盘224和所述第二连接盘231连接成整体，实现所述功率输入法兰22和所述功率输出法兰23沿周向上的定位固定，装配定位方便快捷，并且定位精度高，能够确保试验时的功率传递精准、运行平稳。
52.请结合图5和图6，所述功率输出法兰23包括沿靠近所述转子201的方向同轴轴向设置的第一套环232和第二套环233，所述第一套环232的内径大于所述第二套环233的内径，以在所述第一套环232和所述转子201之间形成收容腔2321，所述第二套环233的内壁上设有用于与所述转子201上预设的花键啮合的第二内花键2331，所述转子201对应所述第一套环232的位置预设有外螺纹，所述驱动机构2还包括置于所述收容腔2321内并用于与所述转子201螺纹连接的紧固螺母24。通过所述紧固螺母24将所述功率输出法兰23和所述转子201连接固定成整体，并可起到较好的轴向限位作用，紧固结构简单高效。
53.进一步地，所述驱动机构2还包括螺母锁片25，所述螺母锁片25抵接所述紧固螺母24并用于对所述紧固螺母24锁止固定，在试验过程中起到螺母防松作用。
54.进一步地，由于所述第一套环232和所述第二套环233的内径不同，在所述第一套环232和所述第二套环233之间的径向落差位置设有定位壁234，通过所述定位壁234将所述第一套环232和所述第二套环233连接成整体，还能利用所述定位壁234供所述紧固螺母24和所述螺母锁片25抵靠定位，方便定位锁紧所述紧固螺母24，并提升所述功率输出法兰23和所述转子201之间的装配定位精度。
55.如图7所示，所述定位机构1还包括支撑座12和与所述支撑座12的顶部连接的限位座13，所述支撑座12和所述限位座13上均设有半圆槽，所述支撑座12上的半圆槽和所述限位座13上的半圆槽共同围合成限位孔，所述限位孔与所述轴承座11相适配并用于固定所述轴承座11。将所述限位孔拆分成上下两部分，在拆除所述限位座13之后能够直接露出所述支撑座12的半圆槽，从而可利用吊机将所述轴承座11连同所述燃气发生器200整体吊装至所述支撑座12的半圆槽中进行预固定，然后再将所述限位座13安装到位构成所述限位孔，通过所述限位孔将所述轴承座11锁紧固定，实现所述燃气发生器200的定位固定，装配方便快捷。
56.进一步地，所述定位机构1还包括设于所述支撑座12上的吊耳14、与所述支撑座12连接并用于固定所述支撑座12的定位组件15。可采用吊机通过所述吊耳14吊装所述支撑座12，灵活调整所述支撑座12的安装位置，待所述支撑座12移动到位之后再通过所述定位组件15对所述支撑座12进行定位固定，以使所述支撑座12可适配不同规格的燃气发生器200，满足多样化的试验需求，适用性强。
57.进一步地，所述定位组件15包括沿所述燃气发生器200的轴向延伸设置的定位镶条，所述支撑座12上开设有与所述定位镶条相适配的定位槽，所述支撑座12可通过所述定位槽与所述定位镶条之间的滑动配合沿所述燃气发生器200的轴向移动，以适配支撑所述燃气发生器200上的不同轴向位置的支撑轴承202。
58.如图1所示，所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装100还包括试验舱4，所述定位机构1和所述驱动机构2均设于所述试验舱4内，通过所述试验舱4构建一个封闭的试验环境，避免试验过程受外界环境因素的影响，保证试验结果的准确性，并对所述燃气发生器200进行密封保护，避免所述燃气发生器200发生损坏。
59.进一步地，所述定位组件15还包括与所述支撑座12连接的定位螺栓，所述定位螺栓用于相对所述试验舱4上预设的定位孔旋紧固定，从而将所述支撑座12锁紧固定于所述试验舱4内，实现所述支撑座12的安装固定。
60.请结合图8和图9，本发明实施例还提供了一种采用所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装100进行模拟风车试验的方法，以及对所述燃气发生器200进行模拟风车试验之后的支撑轴承温度变化数据，验证所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装100的可行性。
61.首先通过所述定位机构1对所述燃气发生器200进行定位固定，再将所述驱动机构2与所述燃气发生器200的转子201进行对接，并将所述模拟叶片3安装在所述燃气发生器200的燃气涡轮盘203上，完成所述燃气发生器200的试验装配。
62.模拟风车试验步骤包括：(1)先驱动所述燃气发生器200的转子201按照正常工作转速进行转动，并通过所述供油机构对所述支撑轴承202进行正常供油；(2)模拟民用涡轴发动机在高空台风车试验前的转子运行状态，带动所述转子201运行至民用涡轴发动机的慢车转速，在该转速下停留3min，测量所述燃气发生器200的支撑轴承202的温度，然后快速停车，此阶段所述支撑轴承202正常供油；(3)对所述支撑轴承202停止供油，其他试验条件不变，驱动所述转子201运行至风车转速，按照风车转速运行2h后停车；(4)待所述燃气发生器200冷却到室温后，在所述支撑轴承202断油的条件下，再次驱动所述转子201运行至风车转速，按照风车转速运行2h后停车；(5)拆分所述燃气发生器200，对所述燃气发生器200的支撑轴承202进行理化分析，检查所述支撑轴承202是否有因断油条件下的风车试验引起的
损坏。
63.在本实施例中，所述燃气发生器200包括两个支撑轴承202，其中沿轴向靠近所述驱动机构2的支撑轴承202设为3号轴承，沿轴向远离所述驱动机构2的支撑轴承202设为4号轴承。在图8中示出了两个所述支撑轴承202在风车转速下运行2h的轴承温度-时间曲线变化图，在模拟风车试验之前的支撑轴承202的温度约50℃；在图9中示出了两个所述支撑轴承202在风车转速下运行2h的轴承温度-时间曲线变化图，在模拟风车试验之前的支撑轴承202的温度为室温。结合曲线图可知，所述燃气发生器200在风车转速试验过程中，3号轴承和4号轴承只在升速过程中有很小的温升，在风车试验停留过程中逐步达到热平衡状态并趋于稳定，整个试验过程中所述燃气发生器200运转平稳，表明两个支撑轴承202在断油情况下具有长时间在风车转速下稳定工作的能力。
64.其次，在所述燃气发生器200进行风车转速试验至后，对所述燃气发生器200进行分解检查，尤其重点检查3号轴承和4号轴承的旋转灵活度，观察有无卡滞现象，经后续检查没有因为断油导致所述支撑轴承202发热变色、烧伤等问题，说明风车转速试验没有对3号轴承和4号轴承造成任何实质性的损坏，所述支撑轴承202仍具有继续正常工作的能力。
65.因此，本发明实施例提供的民用涡轴发动机模拟风车试验工装100不仅能够降低试验成本、缩短试验周期，避免在高空台上存在的试验风险。而且经过试验验证，能够精确模拟民用涡轴发动机整机风车状态下的转速和轴承断油试验条件，在该试验工装上对燃气发生器200进行了风车转速试验，基于本试验研究成果，该民用涡轴发动机在高空台已顺利完成了3小时的风车试验，表明本发明方案可行，可为其他型号提供技术参考。
66.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种民用涡轴发动机模拟风车试验工装，用于对民用涡轴发动机的燃气发生器(200)进行模拟风车试验，所述燃气发生器(200)包括转子(201)和沿所述转子(201)的轴向间隔布设于所述转子(201)上的多个支撑轴承(202)，以及安装于所述转子(201)上的燃气涡轮盘(203)，其特征在于，所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装包括定位机构(1)、驱动机构(2)、供油机构和模拟叶片(3)；所述定位机构(1)包括与所述燃气发生器(200)上的多个支撑轴承(202)一一对应设置的多个轴承座(11)，所述轴承座(11)用于安装所述支撑轴承(202)；所述驱动机构(2)包括传动轴(21)、功率输入法兰(22)和功率输出法兰(23)，所述传动轴(21)的第一端用于与驱动电机连接，所述传动轴(21)的第二端与所述功率输入法兰(22)连接，所述功率输出法兰(23)用于与所述转子(201)连接，所述功率输入法兰(22)和所述功率输出法兰(23)之间通过螺栓连接固定；所述供油机构与所述轴承座(11)连接并用于为所述支撑轴承(202)提供滑油；所述模拟叶片(3)用于安装在所述燃气涡轮盘(203)上以代替真实叶片，所述模拟叶片(3)的惯量参数与所述真实叶片的惯量参数相同，所述模拟叶片(3)采用实心的直条状结构。2.根据权利要求1所述的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其特征在于，所述传动轴(21)的第一端和第二端均设有外花键(210)，所述外花键(210)的键齿沿所述传动轴(21)的轴向呈中间高两端低的抛物线结构，所述功率输入法兰(22)上设有与所述传动轴(21)的第二端上的外花键(210)啮合的第一内花键(221)。3.根据权利要求2所述的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其特征在于，所述传动轴(21)包括轴体(211)和与所述轴体(211)一体成型并分设于所述轴体(211)的两端上的两个凸环(212)，所述凸环(212)的外径大于所述轴体(211)的外径，所述外花键(210)设于所述凸环(212)靠近所述轴体(211)的一侧，所述凸环(212)远离所述轴体(211)的一侧用于通过去除部分材料来调整所述传动轴(21)的动平衡。4.根据权利要求3所述的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其特征在于，所述功率输入法兰(22)还包括轴向限位板(222)，所述凸环(212)的端面抵接所述轴向限位板(222)，以通过所述凸环(212)和所述轴向限位板(222)的配合对所述传动轴(21)进行轴向限位。5.根据权利要求4所述的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其特征在于，所述功率输入法兰(22)还包括开设于所述第一内花键(221)与所述轴向限位板(222)之间的退刀槽(223)，所述退刀槽(223)的槽壁和槽底之间设有倒圆角。6.根据权利要求1所述的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其特征在于，所述功率输入法兰(22)包括第一连接盘(224)和环绕所述第一连接盘(224)设置的限位环(225)，所述限位环(225)与所述第一连接盘(224)共同围合成限位槽，所述功率输出法兰(23)包括嵌设于所述限位槽内的第二连接盘(231)，所述第一连接盘(224)和所述第二连接盘(231)上对应的位置均开设有用于穿设螺栓的连接孔。7.根据权利要求1所述的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其特征在于，所述功率输出法兰(23)包括沿轴向依次设置的第一套环(232)和第二套环(233)，所述第一套环(232)的内径大于所述第二套环(233)的内径，以在所述第一套环(232)和所述转子(201)之间形成收容腔(2321)，所述第二套环(233)的内壁上设有用于与所述转子(201)上预设的花键啮
合的第二内花键(2331)，所述转子(201)对应所述第一套环(232)的位置预设有外螺纹，所述驱动机构(2)还包括置于所述收容腔(2321)内并用于与所述转子(201)螺纹连接的紧固螺母(24)。8.根据权利要求1所述的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其特征在于，所述定位机构(1)还包括支撑座(12)和与所述支撑座(12)的顶部连接的限位座(13)，所述支撑座(12)和所述限位座(13)上均设有半圆槽，所述支撑座(12)上的半圆槽和所述限位座(13)上的半圆槽共同围合成限位孔，所述限位孔与所述轴承座(11)相适配并用于固定所述轴承座(11)。9.根据权利要求8所述的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其特征在于，所述定位机构(1)还包括设于所述支撑座(12)上的吊耳(14)、与所述支撑座(12)连接并用于固定所述支撑座(12)的定位组件(15)。10.根据权利要求1所述的民用涡轴发动机模拟风车试验工装，其特征在于，所述民用涡轴发动机模拟风车试验工装还包括试验舱(4)，所述定位机构(1)和所述驱动机构(2)均设于所述试验舱(4)内。

技术总结
本发明公开了一种民用涡轴发动机模拟风车试验工装，用于对燃气发生器进行模拟风车试验，包括定位机构、驱动机构、供油机构和模拟叶片；定位机构包括用于安装支撑轴承的轴承座；驱动机构包括传动轴、功率输入法兰和功率输出法兰，传动轴的第一端用于与驱动电机连接，传动轴的第二端与功率输入法兰连接，功率输出法兰用于与转子连接，功率输入法兰和功率输出法兰之间通过螺栓连接固定；供油机构用于为支撑轴承提供滑油；模拟叶片用于安装在燃气涡轮盘上以代替真实叶片，模拟叶片的惯量参数与真实叶片的惯量参数相同，模拟叶片采用实心的直条状结构。本发明提供的民用涡轴发动机模拟风车试验工装能够降低风车试验成本，缩短周期，减少试验风险。少试验风险。少试验风险。


技术研发人员：邓旺群 聂卫健 李概奇 唐虎标 刘文魁 袁胜
受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/8/9