發(fā)動機轉子預緊力測量方法及系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及預緊力測量領域，特別地，涉及一種發(fā)動機轉子預緊力測量方法及系 統。
【背景技術】
[0002] 現有的航空發(fā)動機轉子經常有多級輪盤、離心葉輪、鼓筒軸等零件，通過中心拉桿 進行預緊。其結構形式復雜多樣，有的同一根中心拉桿還是分為前后兩段式預緊，前后兩段 之間互相影響。一般中心拉桿通過兩端的螺紋預緊，或者一端通過螺紋預緊、另一端經臺階 端面直接壓緊的方式預緊。故在裝配時，需要事先預緊，讓中心拉桿承受一定的拉力并使得 多級輪盤、離心葉輪、鼓筒軸等零件套在中心拉桿上被壓緊。其中的預緊力保證轉子能在航 空發(fā)動機工作狀態(tài)帶來的各種的松弛力和壓緊力的雙重作用下不脫開并讓轉子整體具有 一定的剛度。
[0003] 航空發(fā)動機轉子預緊力的確定有通過目標函數理論計算和測量獲得兩種方式。但 具體的測量方法未見到相關文獻。發(fā)明人查閱現有的相關文獻，僅查到關于螺紋預緊力測 量的方法?，F有技術有如下幾種方法：
[0004] 1)在中心拉桿（或長螺栓）外部增加一個受壓的彈性體，并通過測量彈性體的變 形間接反映預緊力，如CN103439035A公開了《一種螺紋緊固件預緊力測量方法及其測量 裝置》，或者直接把增加的彈性體做成傳感器進行測量，如CN103335825A公開了《一種螺 栓擰緊力系數測量方法》。
[0005] 2)也有將應變計直接粘貼到螺栓上進行測量，如CN104075831A公開了《一種高 強螺栓預緊力測量裝置》，以及CN103528723A公開了《一種二力桿軸向力測量方法》。但是 這兩種方案都要解決應變計測試線引線問題，并且一般用于非轉動條件下的測量。
[0006] 但現有技術主要針對實心螺栓的測力，而發(fā)動機轉子的預緊與螺栓的預緊是完全 不同的兩種方法。原因如下：
[0007] a)中心拉桿結構不同。發(fā)動機轉子預緊多使用中空薄壁結構的中心拉桿，其結構 特點、受載荷狀態(tài)與實心高強度螺栓或者實心軸有較大區(qū)別。
[0008] b)受載情況不同。由于中心拉桿是薄壁結構，預緊裝配時往往存在一定的偏心載 荷或應力集中，即附加了一定的彎矩載荷，導致理論上不能當作純粹的受拉二力桿來測量 預緊力。
[0009] c)加載方式不同。由于其需要的預緊力載荷較大，裝配時加載一般不能采取直接 擰緊螺紋的方式，否則即難以擰緊到需要的擰緊力矩，同時也會容易損壞螺紋。而是采取工 裝實現壓緊后擰緊螺栓，然后松開工裝的方式。
[0010] 對于第一種現有技術，由于需要增加一個額外的彈性體或者傳感器作為測量單 元，改變了發(fā)動機轉子結構而不能較客觀的模擬真實轉子的裝配狀態(tài)。另外，額外的測量單 元在壓縮剛度、粗糙度、材料接觸面的摩擦系數都會與實際轉子存在差異。對于第二種現有 技術，沒有考慮發(fā)動機轉子的結構特點，以及中心拉桿加載方式不同，并不適合發(fā)動機轉子 預緊力的測量。此外，兩種現有技術均只適合地面裝配時采用，不適用于轉子旋轉工況下的 試驗測量。因此，亟需設計一種適用于發(fā)動機轉子預緊力測量的方法及系統，以克服現有技 術無法實現對發(fā)動機轉子預緊力進行在線測量的問題。

【發(fā)明內容】

[0011] 本發(fā)明提供了一種發(fā)動機轉子預緊力測量方法及系統，以解決現有技術無法實現 對發(fā)動機轉子預緊力進行在線測量的技術問題。
[0012] 本發(fā)明采用的技術方案如下：
[0013] 根據本發(fā)明的一個方面，提供一種發(fā)動機轉子預緊力測量方法，該測量方法包 括：
[0014] 選取測量截面，在發(fā)動機轉子的中心拉桿上選取與其余零件不會干涉的橫截面作 為測量截面；
[0015] 安裝光纖光柵應變傳感器，在測量截面的圓周外沿上設置光纖光柵應變傳感器；
[0016] 發(fā)射光信號給光纖光柵應變傳感器并接收經光纖光柵應變傳感器反射的光束，其 中，反射的光束感應中心拉桿的軸向力以產生中心波長偏移；
[0017] 根據接收的光纖光柵應變傳感器反射的光束的中心波長偏移得到光纖光柵應變 傳感器的應變值，進而得到中心拉桿的軸向預緊力。
[0018] 進一步地，在測量截面的圓周外沿上對稱間隔設置四處測量點，每處測量點對應 一組光纖光柵應變傳感器，每組光纖光柵應變傳感器包括沿中心拉桿的軸向布置的光纖光 柵和沿中心拉桿的周向布置的光纖光柵；
[0019] 反射的光束包括各測量點處光纖光柵應變傳感器反射的光線以反映各測量點處 光纖光柵應變傳感器的應變值，通過數據處理得到中心拉桿的軸向預緊力。
[0020] 進一步地，四組光纖光柵應變傳感器中的各光柵光分布式波長應用共用同一根光 纖傳遞光信號，且光纖引出至中心拉桿的端部并經第一自準儀將光束轉換為平行光沿中心 拉桿的軸線出射；
[0021] 發(fā)動機機匣上安裝第二自準儀，第二自準儀與第一自準儀耦合，用于將激光源光 束經第一自準儀輸出至光纖光柵應變傳感器并接收光纖光柵應變傳感器的反射光束以傳 遞至信號解調儀。
[0022] 進一步地，根據接收的光纖光柵應變傳感器反射的光束的中心波長偏移得到光纖 光柵應變傳感器的應變值，進而得到中心拉桿的軸向預緊力的步驟包括：
[0023] 逐級加載中心拉桿上的預緊載荷并測量測量點處光纖光柵應變傳感器輸出的應 變值；
[0024] 根據預緊載荷與測量得到的應變值的關系擬合得到中心拉桿的載荷-應變曲線 斜率；
[0025] 在發(fā)動機轉子試車過程中測量光纖光柵應變傳感器的應變值，并根據載荷-應變 曲線斜率換算得到發(fā)動機轉子的中心拉桿的實際軸向預緊力。
[0026] 進一步地，對于多段預緊的發(fā)動機轉子，在中心拉桿上相應設置多個測量截面及 與測量截面匹配的光纖光柵應變傳感器。
[0027] 根據本發(fā)明的另一方面，提供一種發(fā)動機轉子預緊力測量系統，該測量系統包 括：
[0028] 光纖光柵應變傳感器，安裝于發(fā)動機轉子的中心拉桿上，用于感應中心拉桿的軸 向力；
[0029] 第一自準儀，與發(fā)動機轉子相對固定，經光纖連接光纖光柵應變傳感器；
[0030] 第二自準儀，安裝于發(fā)動機機匣上，與第一自準儀耦合，用于將激光源光束經第一 自準儀輸出至光纖光柵應變傳感器并接收光纖光柵應變傳感器的反射光束；
[0031] 信號解調儀，用于將激光源的出射光束傳遞給第二自準儀和接收并解調經第二自 準儀傳遞的光纖光柵應變傳感器的反射光束；
[0032] 處理器，連接信號解調儀，用于根據光纖光柵應變傳感器的反射光束中心波長的 變化換算得到光纖光柵應變傳感器的應變值以及中心拉桿的軸向預緊力。。
[0033] 進一步地，中心拉桿的測量截面圓周外沿上對稱間隔設置四處測量點，每處測量 點對應一組光纖光柵應變傳感器，每組光纖光柵應變傳感器包括沿中心拉桿的軸向布置的 光纖光柵和沿中心拉桿的周向布置的光纖光柵。
[0034] 進一步地，四組光纖光柵應變傳感器中的各光柵光分布式波長應用共用同一根光 纖傳遞光信號。
[0035] 進一步地，對于多段預緊的發(fā)動機轉子，在中心拉桿上相應設置多個測量截面及 與測量截面匹配的光纖光柵應變傳感器。
[0036] 本發(fā)明具有以下有益效果：
[0037] 本發(fā)明發(fā)動機轉子預緊力測量方法及系統，通過在中心拉桿上設置光纖光柵應變 傳感器以感應中心拉桿