风扇叶片完整性测试

飞机维护、修理和大修(MRO)业务可确保飞机在整个使用寿命期间始终安全飞行。发动机维修和大修是任何飞机维护计划的组成部分。

特别是现代飞机推力涡轮机的风扇叶片,在其使用寿命期间必须承受极端的工作条件。为确保高级别的安全性,风扇叶片的完整性一直在接受检查。此外,风扇叶片还会遭受雷击、冰击和鸟击。发生类似这样的事故后必须进行长期服务检测,在此期间需要找出并更换有缺陷的风扇叶片。这个过程既费钱又费时,因为必须完全拆卸涡轮机。在服务检测期间,昂贵的更换涡轮机将使飞机保持正常运行。显然,航空公司希望将喷气发动机的停机时间降到最低。

快速检测每个风扇叶片而无需拆卸整个涡轮机可以节省大量时间和金钱。试想一下,技术服务人员可以对每个风扇叶片进行测量,并快速反应部件的状态,是否可以安全飞行?

目标/愿景:ARAMIS可在维修检查中检测风扇叶片的裂纹

蔡司的三维测试传感器ARAMIS便可在此时派上用场。利用ARAMIS的点追踪技术,可以评估风扇叶片对锤击试验的反应,并用于计算单个风扇叶片的ODS(工作挠度形状)。将实际测量到的工作挠度形状与模拟模式形状或风扇叶片以往测量的实际状态进行比较,可以得出有关部件完整性的结论。如测量和模拟的模态形状发生变化,或是特性共振完全改变(例如,随着使用寿命的延长),那么叶片的某个部位可能出现裂纹,需要更换。

蔡司对一个风扇叶片进行了研究,以证明这一概念的总体可行性。让我们来详细了解一下这个过程的各个步骤。

  • 准备ARAMIS测量物
  • 准备ARAMIS测量物
  • 准备ARAMIS测量物
  • 准备ARAMIS测量物
  • 准备ARAMIS测量物
  • 准备ARAMIS测量物
  • 准备ARAMIS测量物
  • 准备ARAMIS测量物

第1步:准备测量物

ARAMIS使用超轻粘合参考点标记来测量和追踪空间三维坐标。由于测量系统采用非接触原理,因此与传统的加速度计相比,无需对传感器进行布线。每个参考点标记都能提供所有三个空间方向的位移信息,以及速度和加速度的测量数据。通常情况下,由于贴纸快速简便、重量轻,可以在测试物上贴上数百个参考点标记。这就为随后的振动分析提供了高密度的数据。

  • ARAMIS锤击试验
  • ARAMIS锤击试验
  • ARAMIS锤击试验
  • ARAMIS锤击试验

第2步:ARAMIS测量锤击试验

锤击试验广泛应用于振动分析。锤击事件会激发风扇叶片的瞬态振动,从而确定其共振频率。数值模拟结果表明,风扇叶片在频率高达1500 Hz的范围内会产生最重要的共振。因此,ARAMIS系统的测量采样频率提高了十倍,达到每秒15000帧。

  • 第3步:振动分析

第3步:振动分析

光学测量系统ARAMIS可提供三维位移的准确数据。内置的分析工具利用这些数据计算频率响应函数,从而确定风扇叶片的共振频率。此外,ARAMIS还能计算激励频谱中包含的每个频率的风扇叶片工作挠度形状。这样就可以提取数百个测量点的振幅值,这些测量点在测量振动逐渐消失的过程中同时采集。

  • 第4步:模态形状和决策的数值模拟比较:可以安全飞行吗?

第4步:模态形状和决策的数值模拟比较:可以安全飞行吗?

一旦在蔡司INSPECT Correlate中确定了ODS(工作挠度形状),便可与模拟模式形状进行比较。如模式振型和测得的ODS之间的共振频率有明显差异,则表明风扇叶片有缺陷,需要更换。


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