一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置

摘要

本发明公开了一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置，包括底座和可滑动密封腔体结构；该可滑动密封腔体结构用于安装中空的外涵机匣，并向外涵机匣施加内压载荷和静力载荷；可滑动密封腔体结构包括下对接舱段和上对接舱段；底座的顶部，密封连接设置所述下对接舱段；下对接舱段的顶部，密封连接有外涵机匣底部；外涵机匣的顶部，密封连接有上对接舱段；外涵机匣的四周内壁附近，环绕地安装有电加热器；电加热器下端，固定在底座上；电加热器，用于向外涵机匣施加热载荷。本发明结构设计科学，能够满足外涵机匣静、热和内压载荷联合试验考核需求，能够同时解决联合载荷施加过程中压力与静力载荷的解耦问题和高温高压下结构变形所带来的气密问题。

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机外涵机匣综合试验技术领域，特别是涉及一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置。

背景技术

外涵机匣是航空发动机形成外涵流道，实现结构完整性及发动机功能等用途的重要结构单元。

外涵机匣位于中介机匣后、涡轮后机匣前，包围在核心机单元体的外部。外涵机匣形成的外涵流道，保障了发动机的有效推力，也承担着高温高速气流带来的复杂载荷。按照设计要求，必须对其进行静、热和内压载荷试验考核。

但是，现阶段对外涵机匣设计指标的考核，还没有一种装置，能够可靠地对外涵机匣同时施加静、热和内压三种载荷联合考核。因为外涵机匣的静、热和内压技术指标的单独考核本身就存在相当的复杂性和危险性，要将这些指标同时考核，需要更复杂的试验系统，对综合试验装置的设计要求更加严格。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置。

为此，本发明提供了一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置，包括底座和可滑动密封腔体结构；

该可滑动密封腔体结构，用于安装作为试验件的、中空的外涵机匣，

并向外涵机匣施加内压载荷和静力载荷；

可滑动密封腔体结构，包括下对接舱段和上对接舱段；

下对接舱段和上对接舱段，均为中空的结构且上下两端开口；

其中，底座的顶部，密封连接设置所述下对接舱段；

下对接舱段的顶部，密封连接有外涵机匣底部；

外涵机匣的顶部，密封连接有所述上对接舱段；

可滑动密封腔体结构和外涵机匣组合在一起形成的整体内腔，用于承受气源所施加的内压载荷；

上对接舱段，具体用于向外涵机匣施加静力载荷；

其中，外涵机匣的四周内壁附近，环绕地安装有电加热器；

电加热器的下端，固定在底座上；

电加热器，用于向外涵机匣施加热载荷。

优选地，上对接舱段的上表面与外部的静力加载作动器连接。

优选地，可滑动密封腔体结构还包括：内密封筒、上承载活塞盘、直角梯形状密封垫、密封垫压板、中心轴拉杆以及螺丝筒；

内密封筒位于外涵机匣内部中心位置，且内密封筒的底部与底座的顶面密封连接；

内密封筒的顶部，密封连接所述上承载活塞盘的底面；

中心轴拉杆的下端固定连接底座，并且中心轴拉杆的主体部分从下往上贯穿底座上预留的通孔、中空的内密封筒以及上承载活塞盘的中心通孔后，上部突出于上承载活塞盘的顶部；

中心轴拉杆的上部，与螺丝筒相螺纹连接。

优选地，中心轴拉杆上部的外螺纹，与螺丝筒的内螺纹相螺纹连接；

螺丝筒，用于锁紧中心轴拉杆的上部。

优选地，上对接舱段的四周内壁，与上承载活塞盘的四周外壁之间为间隙配合。

优选地，外涵机匣与上对接舱段，通过螺丝配合高温密封胶紧密连接；

外涵机匣与下对接舱段，通过螺丝配合高温密封胶紧密连接；

下对接舱段与底座，通过螺丝配合高温密封胶紧密连接。

优选地，上承载活塞盘上表面，压装有环形的密封垫压板；

密封垫压板的四周外壁，与上对接舱段的四周内壁之间为间隙配合；

密封垫压板的四周边缘下部，环绕设置有密封垫凹槽；

该密封垫凹槽中，套有直角梯形状密封垫。

优选地，直角梯形状密封垫的四周外壁与上对接舱段的四周内侧壁之间，形成可上下滑动的密封面。

优选地，底座的左右两端，分别具有进气孔和排气孔；

进气孔，与外部气源的出气口相连。

优选地，电加热器的下部穿过并焊接固定于底座上。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置，其结构设计科学，能够满足外涵机匣静、热和内压载荷联合试验考核需求，能够同时解决联合载荷施加过程中压力与静力载荷的解耦问题(即解决内压与静力载荷同时施加所引入的载荷耦合问题)和高温高压下结构变形所带来的气密问题，具有重大的实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置的结构示意图；

图2为图1中所示A部分的放大结构示意图；

图3为本发明提供的一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置的立体爆炸分解结构示意图一；

图4为本发明提供的一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置的立体爆炸分解结构示意图二；

图5为本发明提供的一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置，所需要试验的作为试验件的外涵机匣的立体结构示意图；

图中：1.外涵机匣，2.底座，3.内密封筒，4.下对接舱段，5.上对接舱段；

6.上承载活塞盘，7.密封垫压板，8.直角梯形状密封垫，9.螺丝筒，10.中心轴拉杆；

11.电加热器，12.进气孔，13.排气孔。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，还需要说明的是，在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定安装，也可以是可拆卸安装。

对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

参见图1至图5，本发明提供了一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置，包括底座2和可滑动密封腔体结构；

该可滑动密封腔体结构，用于安装作为试验件的、中空的外涵机匣1，并向外涵机匣1施加内压载荷和静力载荷；

可滑动密封腔体结构，包括下对接舱段4和上对接舱段5；

下对接舱段4和上对接舱段5，均为中空的结构且上下两端开口；

其中，底座2的顶部，密封连接设置所述下对接舱段4；

下对接舱段4的顶部，密封连接有外涵机匣1底部(整体大致呈圆柱形)；

外涵机匣1的顶部，密封连接有上对接舱段5；

可滑动密封腔体结构和外涵机匣1组合在一起形成的整体内腔，用于承受气源所施加的内压载荷；

上对接舱段5，具体用于向外涵机匣1施加静力载荷；

其中，外涵机匣1的四周内壁附近，环绕地安装有电加热器11；

电加热器11的下端，固定在底座2上；

电加热器11，用于向外涵机匣1施加热载荷。

需要说明的是，对于本发明，主要包括用于静力载荷施加的上对接舱段5、穿过并焊接固定于底座2的用于热载荷施加的电加热器11以及用于安装外涵机匣1并与外涵机匣1围合成内压载荷施加的可滑动密封腔体结构。对于本发明，通过可滑动密封腔体结构，能够有效解决内压与静力载荷同时施加所引入的载荷耦合问题和在高温高压下结构变形所带来的气密问题。

在本发明中，具体实现上，上对接舱段5的上表面与外部的静力加载作动器连接，用于施加静力载荷并将载荷传递至外涵机匣1。一般外涵机匣1承担空间三个方向的力和力矩，需要通过空间载荷等效至上对接舱段5的各加载点位。所述静力加载作动器为静力试验系统的作动器，本实例中使用的是现有的技术成熟的MOOG静力试验系统。

在本发明中，可滑动密封腔体结构不仅包括用于安装外涵机匣1并与外涵机匣1围合成压力加载内腔的下对接舱段4和上对接舱段5；

具体实现上，可滑动密封腔体结构还包括：内密封筒3、上承载活塞盘6、直角梯形状密封垫8、密封垫压板7、中心轴拉杆10以及螺丝筒9；

内密封筒3位于外涵机匣1内部中心位置，且内密封筒3的底部与底座2的顶面密封连接；

内密封筒3的顶部，密封连接所述上承载活塞盘6的底面；

中心轴拉杆10的下端固定连接底座2，并且中心轴拉杆10的主体部分从下往上贯穿底座2上预留的通孔、中空的内密封筒3以及上承载活塞盘6的中心通孔后，上部突出于上承载活塞盘的顶部；

中心轴拉杆10的上部，与螺丝筒9相螺纹连接。

具体实现上，中心轴拉杆10上部的外螺纹，与螺丝筒9的内螺纹相螺纹连接；

螺丝筒9，用于锁紧中心轴拉杆10的上部。

具体实现上，上对接舱段5的四周内壁，与上承载活塞盘6的四周外壁之间为间隙配合。

具体实现上，外涵机匣1与上对接舱段5，通过螺丝(具体是紧密布置的螺丝)配合高温密封胶紧密连接；

外涵机匣1与下对接舱4段，通过螺丝(具体是紧密布置的螺丝)配合高温密封胶紧密连接；

下对接舱段4与底座2，通过螺丝(具体是紧密布置的螺丝)配合高温密封胶紧密连接。

具体实现上，内密封筒3底部与底座2顶部，以及内密封筒3顶部与上承载活塞盘6底面，分别通过凸台与凹槽匹配的形式相连接，同时结合中心轴拉杆10与锁紧螺丝筒9进行压紧密封，其中，密封筒3底部与底座2顶部、内密封筒3顶部与上承载活塞盘6底面具有的凸台与凹槽的接触面，通过高温密封胶密封。

具体实现上，上承载活塞盘6上表面，压装有环形的密封垫压板7；

密封垫压板7的四周外壁，与上对接舱段5的四周内壁之间为间隙配合(具体为小间隙配合)；

密封垫压板7的四周边缘下部，环绕设置有密封垫凹槽；

该密封垫凹槽中，套有直角梯形状密封垫8。

具体实现上，直角梯形状密封垫8的四周外壁与上对接舱段的四周内侧壁之间，形成可上下滑动的密封面。

需要说明的是，直角梯形状密封垫8为弹性密封垫，和与之匹配的密封垫压板7一起压装于上承载活塞盘6上表面，用于与上对接舱段5形成可滑动的密封面。

其中，直角梯形状密封垫8为采用现有技术成熟的高温密封材料制成的密封垫，可从市场上定制购得。

在本发明中，具体实现上，底座2的左右两端，分别具有进气孔12和排气孔13；

进气孔12，与外部气源(例如压缩气瓶或者空气压缩机)的出气口相连，用于进行压力载荷(即静力载荷)的施加和控制。

在本发明中，具体实现上，电加热器11的下部穿过并焊接固定于底座2上。

具体实现上，电加热器11的外形结构成环状，与外涵机匣1严格匹配，以充分提高电加热器11的加热效率，电加热器11的结构为外层不锈钢辐射管并通过绝缘导热填充材料包裹内置的加热电丝，电加热器11的外层不锈钢辐射管可根据需要实施焊接工艺。所述电加热器11为成熟工艺产品，可从市场上定制购得。

需要说明的是，对于本发明提供的综合试验装置，不仅充分考虑单一载荷的承载因素，还要考虑各载荷施加过程的相互影响。鉴于外涵机匣在加载过程中允许密封结构少量漏气，只要压力载荷保持动态稳定即可，这个过程要充分考虑压力与静力载荷的解耦(即解决内压与静力载荷同时施加所引入的载荷耦合问题)和解决在高温高压下结构变形所带来的气密性等问题。

与现有技术相比较，本发明提供的外涵机匣静、热和内压载荷试验装置，在对外涵机匣1进行静、热和压力试验时，在上对接舱段5上面施加机械载荷，对压力腔(内压载荷是施加在整个可滑动密封腔体以及外涵机匣1的内腔中，本系统施加的压力为气压)施加气压载荷，对外涵机匣1的内壁施加热载荷。

其中，外涵机匣1的内腔气压作用于上承载活塞盘6所产生的压力，可以由中心轴拉杆10与锁紧中心轴拉杆10的螺丝筒9承担，可滑动密封腔体结构的可滑动密封面，能有效解决了内压与静力载荷同时施加时的耦合效果。

其中，外涵机匣1的内腔气压作用于直角梯形状密封垫8的下底面时，直角梯形状密封垫8会产生弹性变形，从而使可滑动密封面的密封效果加强，从而有效解决了在高温高压载荷下结构变形所带来的气密问题。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种外涵机匣静、热和内压载荷试验装置，其结构设计科学，能够满足外涵机匣静、热和内压载荷联合试验考核需求，能够同时解决联合载荷施加过程中压力与静力载荷的解耦问题(即解决内压与静力载荷同时施加所引入的载荷耦合问题)和高温高压下结构变形所带来的气密问题，具有重大的实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。