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1、軸向載荷間接測(cè)量方法的原理
在航空發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力的計(jì)算方法，可將轉(zhuǎn)子軸向力分為盤腔軸向力和流道軸向力兩個(gè)部分。，如圖1所示，盤腔軸向力為發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)中各腔室作用在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上的軸向載荷之和，流道軸向力為發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)渦輪流道所受的軸向載荷之和。對(duì)于其中每一個(gè)軸向力分量的計(jì)算，主要依據(jù)動(dòng)量定理進(jìn)行。
轉(zhuǎn)子軸向力計(jì)算輸入?yún)?shù)主要有:流道進(jìn)口靜壓、軸向速度、面積，流道出口靜壓、軸向速度、面積，通過流道的質(zhì)量流量，盤腔腔壓，流道和盤腔的幾何參數(shù)等。
滾珠軸承軸向載荷間接測(cè)量方法正是基于轉(zhuǎn)子軸向力計(jì)算方法而提出的，其基本思想是將每個(gè)分量的盤腔軸向力和流道軸向力進(jìn)行測(cè)算和迭加。
對(duì)于盤腔軸向力，通過實(shí)時(shí)測(cè)量與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)相關(guān)的各腔室的腔壓，結(jié)合對(duì)應(yīng)盤腔的幾何尺寸即可測(cè)算出。但在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試車時(shí)，受限于測(cè)試系統(tǒng)的局限性和可實(shí)現(xiàn)性，不可能完全測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)所需空氣系統(tǒng)腔室的壓力，因此須進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算處理。如可通過盤腔的來流壓力、背壓.封嚴(yán)形式等，結(jié)合一定的經(jīng)驗(yàn)公式和修正方式，估算該盤腔的壓力等，再通過相關(guān)計(jì)算處理后，即可得到所需的所有空氣系統(tǒng)盤腔的靜壓，從而實(shí)現(xiàn)盤腔軸向力的實(shí).時(shí)測(cè)算。測(cè)算關(guān)鍵在于經(jīng)驗(yàn)公式和修正參數(shù)的選取，該公式和參數(shù)的選取直接影響盤腔軸向力計(jì)算的精度。在處理盤腔軸向力時(shí)，一般忽略盤腔內(nèi)氣流流動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)量對(duì)轉(zhuǎn)子軸向力的影響。
對(duì)于流道軸向力，通過實(shí)時(shí)測(cè)量壓氣機(jī)、渦輪流道相關(guān)截面的進(jìn)出口靜壓和軸向速度等參數(shù)，結(jié)合流道軸向力計(jì)算方法，可實(shí)現(xiàn)流道軸向力的實(shí)時(shí)測(cè)算。與盤腔軸向力的測(cè)試相同，通常某些截面的參數(shù)也無法直接測(cè)試。如由于某些原因使得渦輪進(jìn)口參數(shù)難以直接測(cè)量，但其可通過渦輪出口參數(shù)依據(jù)渦輪的工作特性反推計(jì)算得到。在已知壓氣機(jī)、渦輪流道進(jìn)出口靜壓和軸向速度等數(shù)據(jù)后，再根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)的共同工作線、部件特性線等，插值、擬合出每級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的進(jìn)出口靜壓和軸向速度等。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)在不同工作狀態(tài)工作時(shí)，其插值公式有較大的差異故需要對(duì)多組插值方法進(jìn)行判斷、計(jì)算。然后依據(jù)特定算法計(jì)算每級(jí)轉(zhuǎn)子葉片的軸向力，最后進(jìn)行迭加，實(shí)時(shí)測(cè)算出整個(gè)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的流道軸向力。測(cè)算關(guān)鍵在于插值、擬合公式的選擇和修正。通過盤腔軸向力和流道軸向力的迭加即得到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸向力。
在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸向力間接測(cè)量時(shí)，為了能實(shí)時(shí)顯示，需依據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)量通道中的參數(shù)編制專用程序進(jìn)行測(cè)算。在采用軸向載荷間接測(cè)量方法時(shí)，需要有發(fā)動(dòng)機(jī)各部件性能、結(jié)構(gòu)等諸多詳細(xì)的參數(shù)結(jié)合測(cè)試系統(tǒng)的可行性，對(duì)于那些不易直接測(cè)量的參數(shù)需要靈活多變地利用已測(cè)參數(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)進(jìn)行推導(dǎo)。而對(duì)于提出的軸向載荷測(cè)量算法也需要采取多種方式對(duì)其進(jìn)行校核、修正最終形成適合特定發(fā)動(dòng)機(jī)的軸向載荷間接測(cè)量方法。
2、軸向載荷間接測(cè)量方法的特點(diǎn)
與其它傳統(tǒng)的軸向載荷測(cè)量方法相比， 滾珠軸承軸向載荷間接測(cè)量方法主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1) 測(cè)量精度可控。若需較高的測(cè)量精度，則需要提出較全面的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行測(cè)算。
(2) 可測(cè)量軸向載荷的各個(gè)分量。 滾珠軸承軸向載荷由若干分量迭加而成， 軸向載荷間接測(cè)量方法可輸出每一個(gè)軸向力分量， 利于發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)軸向力的分析和調(diào)整。
(3) 可實(shí)時(shí)測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸向力。 通過軸向載荷間接測(cè)量程序， 可在發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試車時(shí)實(shí)時(shí)顯示發(fā)動(dòng)機(jī)軸向力的大小， 為發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供依據(jù)。
(4) 測(cè)量方法簡單，不需修改發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)。發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試車時(shí)， 自身需要測(cè)量較多的參數(shù)以驗(yàn)證發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)水平，該方法選用相關(guān)測(cè)量參數(shù)(可適當(dāng)補(bǔ)充部分參數(shù))即可進(jìn)行滾珠軸承軸向載荷測(cè)量。
但該方法也存在著不足， 最主要的是需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行較全面的參數(shù)測(cè)量。在發(fā)動(dòng)機(jī)試制階段，可實(shí)施較全面的參數(shù)測(cè)量；但在批生產(chǎn)階段，無法滿足大量參數(shù)測(cè)量的要求， 需借助其它方法實(shí)現(xiàn)滾珠軸承軸向載荷的測(cè)量。
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