民用航空发动机多用途的转子信号测量系统的制作方法

1.本实用新型涉及航空发动机的转子信号测量领域，特别涉及一种民用航空发动机多用途的转子信号测量系统。


背景技术：

2.在现有技术中，遥测系统为国际、国内常用的无线转子动态信号传输使用的测试设备，用于将高速旋转的转子上的温度、压力、应变等动态信号，通过天线系统引出至地面接收，开展用于大型的民用航空发动机上的遥测系统，系国内首例。
3.遥测系统的装机部分一般分为转子系统和静子系统，转子系统包括转子天线和发射机及电路板等插接部分，一般为集成设计，可采集转子信号并利用转子天线系统载波发射，同时可接收地面控制信号。采集方法一般为将转子上布置的各类型传感器产生的电信号，通过引线连接至电路板上，传递至遥测系统转子部分。
4.遥测静子系统一般可接受载波信号并通过地面设备接收采集，数据重构并转化成对应的物理量，再进行处理、分析、存储。
5.由于遥测系统安装需求，对于环境的振动、温度等均较为苛刻，根据航空发动机整机和遥测系统安装需求的结构特点，为获得精确的测量数据，需放置在发动机内转静子相对近距离、且相对位移较小的位置。国内现有的测量技术，一般仅对航空发动机的高压转子进行相关测试，并置于轴端的位置安装，对于低压转子测试经验较少。
6.根据上述描述，为开展民用航空发动机的转子测试，主要存在以下困难：
7.一、低压转子测试是对于民用航空发动机的取证要求比较关键的项目，国内可借鉴的经验较少。
8.二、遥测系统安装结构由于天线传输有距离限制，需保证一个转静子相对位移量较小的位置，且满足安装空间。
9.三、遥测系统测点越多，体积越大，航空发动机内部结构紧凑，难以进行安装。
10.四、遥测系统安装对于环境温度要求较高，长时间运行不能超出125℃。需考虑冷却结构安装位置。
11.五、遥测系统设计制造成本较高，需考虑提高可利用率及串换使用。
12.有鉴于此，本技术发明人设计了一种民用航空发动机多用途的转子信号测量系统，以期克服上述技术问题。


技术实现要素：

13.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中民用航空发动机的转子测试在低压转子上的测试较难，遥测系统安装困难，环境温度要求高等缺陷，提供一种民用航空发动机多用途的转子信号测量系统。
14.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
15.一种民用航空发动机多用途的转子信号测量系统，其特点在于，所述转子信号测
量系统包括遥测盘组件、天线环转子和天线环静子，所述天线环静子安装在所述天线环转子内形成一体，所述天线环转子安装在位于航空发动机前端的增压级上，所述遥测盘组件安装在航空发动机的风扇帽罩内，且所述遥测盘组件内集成有转子天线和静子天线。
16.根据本实用新型的一个实施例，所述增压级包括鼓筒、第一轴承和第二轴承，所述第一轴承和所述第二轴承安装在一轴承座内，所述天线环转子安装在所述鼓筒和所述轴承座之间。
17.根据本实用新型的一个实施例，所述转子信号测量系统还包括冷却气管，所述冷却气管安装在所述天线环静子上。
18.根据本实用新型的一个实施例，所述冷却气管为环形冷却结构。
19.根据本实用新型的一个实施例，所述冷却气管的周向开设有多个气孔。
20.根据本实用新型的一个实施例，所述冷却气管采用两段半环插接的方式，通过固定件固定在所述天线环静子上。
21.根据本实用新型的一个实施例，所述天线环静子上设置有地面接收采集设备。
22.根据本实用新型的一个实施例，所述遥测盘组件包括遥测盘发射机和转接盘，所述转接盘安装在所述遥测盘发射机上。
23.根据本实用新型的一个实施例，所述转子天线和所述静子天线集成在所述转接盘上。
24.根据本实用新型的一个实施例，所述天线环转子和所述天线环静子呈环形结构。
25.本实用新型的积极进步效果在于：
26.本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统，根据遥测系统特点，结合发动机结构设计遥测结构，具有如下诸多优势：
27.一、可对航空发动机的低压转子部分进行稳定、无干扰的数据测试，解决了整机低压转子轴端无法安装的情况。
28.二、利用同一套遥测盘发射机可转接两套天线，可分别用于低压和高压转子试验，切换简单，且节约了成本。
29.三、选取了整机相对可靠的位置，可保证信号传输的稳定性和安全性。
30.四、整机试验设计了拆分天线布置的方式，提高整机空间利用率。
31.五、整机试验设计了整机独立冷却结构，有效保证了安装环境的集中换热。
附图说明
32.本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
33.图1为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统的结构示意图。
34.图2为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中遥测盘组件、天线环转子和天线环静子的结构示意图。
35.图3为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统进行低压转子试验的系统图。
36.图4为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中冷却气管的局部放大图。
37.图5为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中冷却气管的冷却排气示意图。
38.图6为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中遥测盘组件的结构示意图。
39.图7为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统进行高压转子试验的系统图。
40.图8为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中遥测盘上天线的连接示意图。
41.【附图标记】
42.第一轴承
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10
43.第二轴承
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20
44.鼓筒
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30
45.轴承座
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100
46.遥测盘组件
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40
47.天线环转子
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50
48.天线环静子
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60
49.风扇帽罩
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200
50.转子天线
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41
51.静子天线
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42
52.遥测盘发射机
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43
53.转接盘
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44
54.地面接收采集设备
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61
55.冷却气管
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70
56.气孔
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71
具体实施方式
57.为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。
58.现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。现在将详细参考本实用新型的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
59.此外，尽管本实用新型中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本实用新型说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
60.此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本实用新型。
61.图1为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统的结构示意图。
62.如图1所示，本实用新型公开了一种民用航空发动机多用途的转子信号测量系统，大型民用航空发动机通常为多轴设计结构，本实用新型是一种航空发动机转子温度、应变、
压力等动态信号测试的多功能中间传输装置，可以用于开展高压转子和低压转子的测试。在整机上开展低压转子测试，选取低压轴环境工况较为理想的增压级前端进行结构设计改装，低压转子由风扇，增压级转子，低压涡轮组成，低压转子是发动机的主要推力来源。其中增压级部分由第一轴承10和第二轴承20作为一支点和二支点进行支撑，由于增压级转子叶盘由鼓筒30整体支撑，在鼓筒30与第一轴承10和第二轴承20支的轴承座100相隔的位置会有一个相对较大的空间(如图1所示)，便于布置较大的遥测结构，从而解决空间较小，无法布置遥测结构的问题。
63.图2为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中遥测盘组件、天线环转子和天线环静子的结构示意图。图3为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统进行低压转子试验的系统图。
64.如图2和图3所示，所述民用航空发动机多用途的转子信号测量系统，包括遥测盘组件40、天线环转子50和天线环静子60，将天线环静子60安装在天线环转子50内形成一体，天线环转子50安装在位于航空发动机前端的增压级上，遥测盘组件40安装在航空发动机的风扇帽罩200内，且遥测盘组件40内集成有转子天线41和静子天线42。同时，天线环静子60上还设置有地面接收采集设备61。
65.优选地，本实施例中所述增压级包括鼓筒30、第一轴承10和第二轴承20，将第一轴承10和第二轴承20安装在一轴承座100内，天线环转子50安装在鼓筒30和轴承座100之间。
66.进一步地，遥测盘组件40包括遥测盘发射机43和转接盘44，将转接盘44安装在遥测盘发射机42上。转子天线41和静子天线42集成在转接盘44上。
67.优选地，本实施例中天线环转子50和天线环静子60呈环形结构。
68.本实施例为了尽可能提高转子的空间利用率和测试测点数量，根据发动机结构，将天线环转静子分别放置于鼓筒30内部与一二支点轴承座上，将遥测盘设计放置于前端有较大空间的风扇帽罩200里面，可容纳从较小的40测点～较大的160测点的遥测盘(含模块、电路板及插接件)，遥测盘及转子天线通过沿途引线连接。同时天线布置位置于鼓筒30与一支点和二支点的轴承座100内部的封闭腔，可保证较小的干扰信号传入。
69.图4为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中冷却气管的局部放大图。图5为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中冷却气管的冷却排气示意图。
70.如图4和图5所示，所述转子信号测量系统还包括冷却气管70，将冷却气管70安装在天线环静子60上。冷却气管70优选为环形冷却结构。
71.同时，可以在冷却气管70的周向开设有多个气孔71，冷却气管70采用两段半环插接的方式，通过固定件固定在所述天线环静子上。其中固定件可以优选为卡箍。
72.本实施例设计有独立的环形冷却结构，从试验台外对发动机的腔内提供冷却供气，冷却气管70均匀周向开孔(即气孔71)，将冷却供气集中吹至冷却天线环的环面发热处，管路使用两段半环插接的方式，并可利用卡箍沿程固定于静子天线环结构表面，节省了空间，且便于装拆。
73.图6为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中遥测盘组件的结构示意图。图7为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统进行高压转子试验的系统图。图8为本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统中遥测盘上天
线的连接示意图。
74.如图6至图8所示，本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统，设计了多用途遥测系统，不仅该结构的遥测盘发射机可连接大型外部天线(如图8中a区域所示为大天线连接)，用于整机试验件的低压转子测试，同时在遥测盘自身内部设计有兼容小型转子天线环(如图8中b区域所示小天线连接)，可与另外的小天线静子相配套，用于核心机或部件试验的高压转子测试，实现了同一套遥测盘发射机及线缆结构等电连接部分，兼容了两套天线的传输功能，两套天线的使用之间仅需在电路板上调整线缆连接位置即可自由切换接收信号(如图8中c区域所示连接切换)。遥测盘自身另集成的小型天线转子，可兼容遥测盘转子的发射机、电路板等电连接部分，可单独在其他的部件级高压转子试验件上使用(如图6所示)。本实用新型所述转子信号测量系统提高了遥测系统的通用性，且节约了成本。
75.当所述民用航空发动机多用途的转子信号测量系统在整机的低压转子测试中使用时，如图1至图3所示，将信号传输转子部分设计为遥测盘发射机43，转接盘44，转子天线环，安装于增压级在发动机的前端，由于该处具有工作环境温度较低，热变形量小，且一支点和二支点的轴承(即第一轴承10和第二轴承20)可承载较大轴向和径向载荷，相邻此处位置，转静子的相对传动量会较小的特点，选择在靠近发动机前端的位置布置遥测系统，如图3所示的低压转子试验系统图。
76.该套结构在核心机或部件试验的高压转子测试使用，如图6和图7所示，信号传输转子部分设计为遥测盘发射机(集成内部转子天线)，静子天线，连接至试验的支撑件上，进行信号采集，图7为高压转子试验系统图。
77.本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统，依据遥测系统及发动机的结构特点，充分考虑信号传输的稳定性及设备利用率，设计了多用途的的遥测设备，既满足常规部件试验件需求的高压转子的轴端安装结构，又满足大型民用航空发动机整机系统的低压转子测试，在相对苛刻的环境之中，有效利用了航空发动机内部的空间结构。同时为保证设备的安全性，还设置了冷却结构，满足了民用航空发动机的转子测试需求。
78.综上所述，本实用新型民用航空发动机多用途的转子信号测量系统，根据遥测系统特点，结合发动机结构设计遥测结构，具有如下诸多优势：
79.一、可对航空发动机的低压转子部分进行稳定、无干扰的数据测试，解决了整机低压转子轴端无法安装的情况。
80.二、利用同一套遥测盘发射机可转接两套天线，可分别用于低压和高压转子试验，切换简单，且节约了成本。
81.三、选取了整机相对可靠的位置，可保证信号传输的稳定性和安全性。
82.四、整机试验设计了拆分天线布置的方式，提高整机空间利用率。
83.五、整机试验设计了整机独立冷却结构，有效保证了安装环境的集中换热。
84.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。