航空发动机转子轴向力动态特征测试技术

袁雪; 张岩松; 邱大明; 陈中刚

doi:10.13224/j.cnki.jasp.20210140

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航空发动机转子轴向力动态特征测试技术

结构、强度、振动 | 更新时间：2025-04-07

- 航空发动机转子轴向力动态特征测试技术
- Test technique for dynamic characteristic of rotor axial force on aero⁃engine
- 航空动力学报 2021年36卷第9期页码：1804-1810
- 作者机构：
  
  中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所，沈阳 110015
- 作者简介：
  
  袁雪（1987-），女，工程师，学士，主要从事航空发动机应变测试及强度试验研究。
- 基金信息：
- DOI：10.13224/j.cnki.jasp.20210140
  中图分类号：
- 稿件说明：
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袁雪, 张岩松, 邱大明, 等. 航空发动机转子轴向力动态特征测试技术[J]. 航空动力学报, 2021,36(9):1804-1810.

Xue YUAN, Yansong ZHANG, Daming QIU, et al. Test technique for dynamic characteristic of rotor axial force on aero⁃engine[J]. Journal of Aerospace Power, 2021, 36(9): 1804-1810.
袁雪, 张岩松, 邱大明, 等. 航空发动机转子轴向力动态特征测试技术[J]. 航空动力学报, 2021,36(9):1804-1810. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210140.

Xue YUAN, Yansong ZHANG, Daming QIU, et al. Test technique for dynamic characteristic of rotor axial force on aero⁃engine[J]. Journal of Aerospace Power, 2021, 36(9): 1804-1810. DOI： 10.13224/j.cnki.jasp.20210140.

摘要

以航空发动机止推轴承轴向力为研究对象，基于应力环法的测量原理，发展出一种新的适用于转子轴向力动态特征测试技术。基于固支梁模型设计了扇形支点的应力环传感器，通过理论分析和有限元仿真验证结构设计的合理性，并对应力环传感器测量的灵敏度和静态特性指标进行量化表征。某型航空发动机整机轴向力试车结果表明：转子轴向力中存在不可忽略的动态交变载荷，其峰值与轴向力稳态值的比值为6%~29%。频域分析发现，引起轴向力动态交变载荷的频率成分包括转速基频、转速2倍频及34、68 Hz。相位分析表明，34 Hz与68 Hz引起的动态交变载荷使应力环传感器周向测点的时域波形发生相位同步变化，符合轴向的振动特征；转速基频与2倍频引起的动态交变载荷则沿应力环传感器周向进动变化，符合转子不平衡特征。

Abstract

Taking the axial force of thrust bearing on aero⁃engine as research object，and based on the measurement principle of stress ring method，a new testing technique applicable to dynamic characteristic of rotor axial force was developed.A stress ring transducer with fan⁃shaped fulcrum structure was designed on the basis of clamped beam model.The rationality of the special stress ring structure was validated by theoretical analysis and finite element simulation； and the measuring sensitivity and static characteristic index of stress ring transducer were quantified and represented.The trial run results of the aero⁃engine showed that non⁃negligible dynamic alternating load existed in rotor axial force，and its peak value accounted for 6%-29% of steady⁃state value.The results of frequency domain analysis indicated that the vibration source of axial force dynamic alternating quantity consisted of the fundamental frequency of rotating speed and the 2 times frequency of rotating speed，as well as 34，68 Hz.The phase analysis reveals that time domain waveform of stress ring circumference measuring points has phase synchronization change due to the dynamic alternating load caused by 34 Hz and 68 Hz，which met the manifestation of axial vibration，while the fundamental frequency and the 2 times frequency of rotating speed could have precessional motion changes along the stress ring circumference，meeting the manifestation of rotor imbalance failure.

关键词

Keywords

references

陈光，洪杰，马艳红 . 航空燃气涡轮发动机结构 [M]. 北京：北京航空航天大学出版社 , 2010 .

程卫华，杨士杰，魏德明，等 . 航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范： GJB 241A⁃2010 [S]. 北京：总装备部军标出版发行部， 2010 ： 1 ⁃ 132 .

林磊，伏宇 . 航空发动机滚珠轴承轴向载荷的间接测量方法 [J]. 航空涡轮试验与研究， 2011 ， 24 （ 3 ）： 38 ⁃ 40 .

LIN Lei , FU Yu . Indirect measurement of the axial ball bearing of aero⁃engine [J]. Gas Turbine Experiment and Research , 2011 , 24 （ 3 ）： 38 ⁃ 40 . （in Chinese）

蔡毅，朱惠人，张丽，等 . 影响某型燃机转子轴向力关键因素分析 [J]. 航空工程进展， 2013 , 4 （ 1 ）： 66 ⁃ 70 .

CAI Yi , ZHU Huiren , ZHANG Li , et al . Factors investigation on the rotors axial thrust of a gas turbine [J]. Advance in Aeronautical Science and Engineering , 2013 , 4 （ 1 ）： 66 ⁃ 70 . （in Chinese）

张立超，何建元，彭涛，等 . 燃气轮机空气系统计算方法研究及验证 [J]. 舰船科学技术， 2011 ， 33 （ 11 ）： 71 ⁃ 75 .

ZHANG Lichao , HE Jianyuan , PENG Tao , et al . Gas turbine air system calculation research and verification [J]. Ship Science and Technology , 2011 , 33 （ 11 ）： 71 ⁃ 75 . （in Chinese）

杨宇 , 刘秀海 , 郑凯 , 等 . 基于接触印痕的航空球轴承轴向力分析及试验验证 [C]∥ 第十五届中国科协年会论文集 . 贵阳：中国科学技术协会 , 2013 ： 546 ⁃ 551 .

BURGHOLZER B . Evaluation of a bearing thrust load measurement device under flight conditions [R]. ASME Paper 2000⁃GT⁃0445 , 2000 .

欧阳运芳 . 航空发动机异型推力轴承轴向力测试方法 [J]. 航空动力学报 , 2020 , 35 （ 6 ）： 1149 ⁃ 1156 .

OUYANG Yunfang . Measurement method for axial force of aero⁃engine special⁃shaped thrust bearing [J]. Journal of Aerospace Power , 2020 , 35 （ 6 ）： 1149 ⁃ 1156 . （in Chinese）

卢艳辉 , 张春月 , 边杰 . 弹性环法在测量航空涡轴发动机角接触球轴承轴向力中的应用 [J]. 轴承 , 2013 （ 11 ）： 48 ⁃ 50 .

LU Yanhui , ZHANG Chunyue , BIAN Jie . Application of elastic ring method in measurement of axial load of angular contact ball bearings in turboshaft engine [J]. Bearing , 2013 （ 11 ）： 48 ⁃ 50 . （in Chinese）

张春月 , 边杰 . 航空发动机轴向力测量传感器设计及应用 [J]. 仪表技术与传感器 , 2014 （ 6 ）： 13 ⁃ 15 .

ZHANG Chunyue , BIAN Jie . Design and application of sensor for rotor axial force measurement of aeroengine [J]. Instrument Technique and Sensor , 2014 （ 6 ）： 13 ⁃ 15 . （in Chinese）

杨东 , 刘忠华 , 马群 . 燃气轮机轴向力测试技术研究 [J]. 测控技术 , 2004 , 23 （ 1 ）： 8 ⁃ 10 .

YANG Dong , LIU Zhonghua , MA Qun . Study of measuring technology of the axial force of a gas turbine [J]. Measurement and Control Technology , 2004 , 23 （ 1 ）： 8 ⁃ 10 . （in Chinese）

SHU G Q , LIANG X Y , LU X C . Axial vibration of high⁃speed automotive engine crankshaft [J]. Vehicle Design , 2007 , 45 （ 4 ）： 542 ⁃ 554 .

刘鸿文 . 材料力学 [M]. 北京：高等教育出版社 , 2010 .

闻邦椿 , 鄂中凯 . 机械设计手册：第1卷 [M]. 第5版 . 北京：机械工业出版社， 2014 .

LEIGHTON P J . Bearing load measurements on a 3⁃shaft gas turbine [J]. Applied Mechanics and Materials , 2004 , 1 （ 2 ）： 225 ⁃ 232 .

伏宇 , 赵丹 , 惠广林 . 航空发动机转子轴向力的试验及计算方法改进 [J]. 燃气涡轮试验与研究 , 2020 , 33 （ 5 ）： 1 ⁃ 5 .

FU Yu , ZHAO Dan , HUI Guanglin . Experimental and calculation improvement on axial force of aero⁃engine [J]. Gas Turbine Experiment and Research , 2020 , 33 （ 5 ）： 1 ⁃ 5 . （in Chinese）

秦海峰，张智敏，王磊，等 . 力传感器： JJG 391⁃2009 [S]. 北京：中国标准出版社， 2005 ： 7 ⁃ 8 .

颜志红，刘日喜，张冒金 . 电阻应变式压力传感器总规范： GB/T 18805⁃2002 [S]. 北京：中国标准出版社 , 2003 ： 1 ⁃ 17 .

马良珵 , 冯仁贤 , 徐德炳 , 等 . 应变电测与传感技术 [M]. 北京：中国计量出版社 , 1993 .

张如一 , 沈观林 , 李朝弟 . 应变电测与传感器 [M]. 北京：清华大学出版社 , 1999 .

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