(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211042596.2 (22)申请日 2022.08.29 (71)申请人 中国科学院工程热物理研究所 地址 100190 北京市海淀区北四环西路1 1 号 (72)发明人 郑会龙　康振亚　杨肖芳　 (74)专利代理 机构 北京清大紫荆知识产权代理 有限公司 1 1718 专利代理师 张卓 (51)Int.Cl. G01M 13/00(2019.01) G01M 9/06(2006.01) G01M 9/08(2006.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置及 方法 (57)摘要 本申请提供了一种发动机叶片模拟载荷疲 劳试验装置及方法， 属于航空发动机技术领域， 装置包括水平设置的安装基准， 安装基准的中间 区域安装有可移动调节的叶片支架， 叶片支架上 侧安装叶片； 安装基准上还设有可移动的支撑 框， 支撑框位于叶片支架的两侧， 支撑框内设有 多点力学测量组件， 多点力学测量组件靠近叶片 支架的一端与叶片表面接触进行作用力施加， 多 点力学测量组件远离叶片支架的一端与供气系 统连接， 供气系统用于对多点力学测量组件提供 作用力； 发动机叶片模拟载荷疲 劳试验装置还包 括CCD相机， CCD相机用于获取叶片的变形情况。 通过本申请的处理方案， 提高了叶片载荷疲劳试 验的精确性， 并有效降低叶片 模拟载荷疲劳试验 成本。 权利要求书2页 说明书8页 附图7页 CN 115493822 A 2022.12.20 CN 115493822 A 1.一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置， 其特征在于， 包括水平设置的安装基准， 所 述安装基准的中间区域安装有可移动调节的叶片支架， 所述叶片支架上侧 安装叶片； 所述 安装基准上还设有可移动的支撑框， 所述支撑框位于所述叶片支架的两侧， 所述支撑框内 设有多点力学测量组件， 所述多点力学测量组件靠近所述叶片支架的一端与所述叶片表面 接触进行作用力施加， 所述多点力学测 量组件远离所述叶片支架的一端与供气系统连接， 所述供气系统用于对所述多点力学测量组件提供作用力； 所述发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置还包括CCD相机， 所述CCD相机用于获取所述叶 片的变形情况。 2.根据权利要求1所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置， 其特征在于， 所述叶片支 架与所述安装基准之间依 次设有纵向精密导轨、 横向精密导轨、 角度调节盘和纵向粗调导 轨， 所述纵向粗调导轨与所述安装基准连接， 所述纵向精密导轨与所述叶片支架的底部连 接。 3.根据权利要求2所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置， 其特征在于， 所述支撑框 与所述安装基准之间设有横向粗调导轨， 所述支撑 框沿所述横向粗调导轨移动调节。 4.根据权利要求1所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置， 其特征在于， 所述多点力 学测量组件包括依 次连接的力学探头、 力学探针和作动轴， 所述作动轴远离所述力学探针 的一端与所述供气系统连接， 所述力学探头、 所述力学探针和所述作动轴在所述支撑框内 均分别设置为多个； 所述力学探针用于将作用力所述叶片表面， 所述力学探头用于时时反 馈作用在所述叶片表面的作用力。 5.根据权利要求4所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验装置， 其特征在于， 所述供气系 统包括与所述作动轴连接的输气管、 设置在所述输气管上的压力调节阀 以及与所述输气管 远离所述作动轴的一端连接的气源， 通过调节所述压力调节阀调节所述作动轴的作用力大 小。 6.一种发动机叶片模拟载荷疲劳试验方法， 其特征在于， 采用如权利要求1 ‑5任一项所 述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验 装置， 所述方法包括： 采用CCD相机视觉测量方法获得叶片在稳态外流场下的气动变形情况， 用来分析校准 叶片稳态气动流场仿真计算所需的边界参数及数 学模型； 将叶片非稳态气动流场的运行 过程拆分为多个典型的瞬态状态； 采用所获得的边界参数及数 学模型， 数值仿真瞬态下的叶片 气动外流场； 安装叶片到安装基准， 标定叶片的空间位置； 叶片结构空间 网格离散化， 确定特 征位置； 基于特征位置及流场仿真数据， 计算获得对叶片表面施加的载荷， 通过作动轴作用于 力学探头并对实际叶片进行施加载荷； 通过CCD相机获得叶片不同特征位置的变形， 与叶片不同特征位置变形仿真值比较， 若 偏差值满足试验要求， 记录该瞬态下的载荷大小及方向排布， 否则将调整特 征位置的选取； 重复以上 过程， 开展下一个瞬态的外流场气动仿真载荷数据确定， 形成载荷数据记录； 将记录位置及载荷数据 形成载荷谱， 施加于叶片， 模拟在非稳态、 循环载荷下的叶片载 荷疲劳性能； 通过CCD相机观测并记录叶片的变形情况， 评估抗 疲劳性能。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115493822 A 27.根据权利要求6所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验方法， 其特征在于， 所述基于特 征位置及流场仿真数据， 计算获得对叶片表面施加的载荷， 通过作动轴作用于力学探头并 对实际叶片进行施加载荷的步骤 包括： 将叶片流场仿真几何模型坐标与试验 装置空间坐标 标定一致； 基于特征位置及叶片外流场仿真数据， 完成基于特征位置的仿真载荷局部面积分， 获 取载荷沿面法向分量； 提取特征位置的载荷沿面法向分量， 传递给作动轴； 将特征位置与布置力学探头的测点位置一一对应， 基于特征位置、 法向载荷仿真数据， 力学探头对实际叶片施加法向分量。 8.根据权利要求6所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验方法， 其特征在于， 在所述叶片 结构空间 网格离散化， 确定特 征位置的步骤中， 所述特 征位置的确定因素包括： 叶片结构空间 网格离散化方式； 力学探头及力学探针的空间分辨率， 空间分辨率取 决于力学探头及力学探针在支撑框 上的分布数量和排列方式； 叶片结构研究位置的选取。 9.根据权利要求6所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验方法， 其特征在于， 所述通过力 学探头对叶片进行施加载荷的步骤中， 施加载荷是对叶片的压力面单独施加， 或者是对叶 片的压力面和吸力面双向施加。 10.根据权利要求6所述的发动机叶片模拟载荷疲劳试验方法， 其特征在于， 所述特征 位置的选取数量大于等于3个， 所述叶片非稳态气动流场的运行过程拆分的典型 的瞬态状 态的数量大于等于2个。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115493822 A 3