a发动机强度与振动试验指导书-哈尔滨工业大学.doc

《发动机强度与振动》 实验指导书 哈尔滨工业大学制 2012年12月  实验一 叶片的自由振动 发动机是航空飞行器的“心脏”，而叶片是航空发动机的重要部件，其数量众多，工作条件恶劣，因叶片损坏造成的发动机失效事件占70%以上。为确保叶片在发动机中安全运行，必须避开叶片的共振区，避免共振现象的发生。 为此，我们除了从理论上计算叶片的自振频率，使之不落入共振区外，还要对叶片振动特性进行实际测定。这一方面是由于叶片的几何形状复杂，对自振频率产生影响的因素很多，理论计算结果可能存在较大的偏差；另一方面是由于发动机运行一阶段后，由于腐蚀、磨损、榫头热变形等因素，叶片的自振频率可能会发生一定的变化。这就要对叶片进行定期监测，为发动机安全、可靠运行提供重要的依据。 为帮助同学们深入学好叶片振动理论，本实验利用平板叶片模拟实际叶片，其振型直观、易辨认，具有代表性，有利于对叶片振动特性的掌握。 实验目的 通过实验加深理解单个叶片自由振动的特征； 掌握自振法测定叶片一阶自振频率的基本方法。 实验内容： 用自振法测定叶片的一阶自振频率； 观察不同频率比下的李沙育图形。 基本原理 叶片的自由振动 航空发动机叶片是具有多个自由度的弹性体，理论上它具有无限多个自振频率和相应的主振型。叶片受到外力激励后发生自由振动，其实际的振型曲线为各阶主振型迭加的结果，且在阻尼的作用下，叶片自由振动是不断衰减的。由于高阶主振型激发困难，其分量随着阶次增高而减小，且衰减速度随着阶次增高而加快，所以叶片在自由振动过程中，合成振型中高次振型很快衰减，从而呈现为最易激发的主振型。由于一阶振型最易激发，且衰减相对较慢，因此通常情况下通过叶片的自由振动实验能够测定叶片的一阶自振频率。 磁阻式振动传感器的工作原理 磁阻式振动传感器利用线圈电感或互感的改变来实现对振动信号的测量，它具有结构简单，寿命长，灵明度和分辨率高等特点。其结构原理如图1所示，它由永久磁铁1、衔铁2以及感应线圈3组成，感应线圈套在衔铁上。安装传感器时，传感器的轴线应与叶片振动的方向一致，并使间隙=1-2毫米左右。当叶片发生振动时，就会变化，从而改变磁路的磁阻（图中以封闭的虚线表示磁路），因而改变了贯穿感应线圈的磁通量，在线圈中产生感应电势。在振动幅度不大的情况下，感应线圈电势是正弦交流电势，其频率等于叶片的振动频率，如果能够把感应电势频率测量出来，也就得到了叶片的自振频率。 用李萨育图形测量频率的方法 当两个简谐信号分别输入示波器的X和Y轴时，示波器荧光屏上将显示出李萨育图形。其原理很简单，在同一平面上的几个振动分量是在不同方向上发生，故振动体上一点的运动轨迹是在同一个平面上的封闭曲线，其绘制方法如图2所示。如果两个信号的频率成简单的整数比，则可得到稳定的李萨育图形，若两个频率十分接近，但不相等，则李沙如图形将缓慢移动，交变地显现出不同的形状。 利用李萨育图形测量频率的原理就是基于被测频率与已知频率相比较进行测量，其被测频率的大小由荧光屏上所示的图形来确定。测频时通常将已知频率的信号输入X轴，被测振动信号输入Y轴，调节X轴信号频率直至获得稳定的李萨育图形，从而测得被测叶片的振动频率。常用的是将两个信号的频率比调为1：l，获得最简单的李萨育图形。图3所示为频率比是简单整数时的李萨育图形。 图3 不同频率比时的李萨育图形 自振法测量叶片的自振频率 图4 自振法测量叶片自振频率的原理 自振法测量叶片自振频率的基本原理如图4所示，用橡皮锤敲击叶片使之发生自由振动，拾振器将叶片的振动信号转化为电信号，送至示波器，与信号发生器产生的已知频率信号相迭加比较，得到李萨育图形，从而确定叶片的自振频率。用自振法测定叶片的自振频率简单、准确、快速，但因叶片高阶自由振动不易被激发，或者即使发生高阶振动，其振幅也较小，衰减快，难以用自振法测定振频和振型，所以自振法多用于测定中、长叶片的一阶振动。 实验设备 1、平板叶片及固定台板，夹具； 2、涡流传感器，前置放大器； 3、信号发生器； 4、数字频率计； 5、双踪示波器； 6、直流电源； 7、橡皮小锤。 实验步骤 图5 自振法测量叶片自振频率的接线图 测绘实际叶片的尺寸作为理论计算的依据； 检查仪器是否良好，仪器功能钮根据实际情况设定，比如数字频率计的采样时间、信号发生器频率和幅值、示波器x轴的衰减等，具体参数在实验时由指导老师具体说明； 按自振法接线图(如图5)联接好仪器，仔细检查确认无误； 检查电路联接无误后，征得指导老师同意后开启电源，对叶片进行实验； 仪器通电后先预热稳定，然后适当调整信号发生器的幅度旋钮，使示波器荧光屏上的光点拉长至适当位置； 用橡皮锤激振，可有节奏地、连续地敲击叶片，叶片即以一种最易激发的振型(一阶阵型)作自由衰减振动。锤击方向应与叶片断面的最小惯性