航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)反推擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

秦崢嶸，劉元周，吉海云，李艷軍

（沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，沈陽(yáng) 110015）

0 引言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)試驗(yàn)配套系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。反推擋板作為露天試車臺(tái)使用的專用設(shè)備，在露天環(huán)境下進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)反推裝置試車時(shí)，反推裝置的高溫氣流有可能會(huì)被發(fā)動(dòng)機(jī)吸入，從而造成發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)口的溫度畸變，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定工作。反推氣流擋板的使用，可以使反推裝置的高溫氣流被阻擋，避免發(fā)動(dòng)機(jī)因溫度畸變?cè)斐墒俸痛馵1-2]。

本文根據(jù)露天試車臺(tái)反推擋板設(shè)計(jì)要求進(jìn)行擋板需求分析，開展露天試車臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)反推試驗(yàn)擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保擋板設(shè)備在露天試驗(yàn)環(huán)境下滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)阻擋反推氣流的功能。

1 反推擋板需求分析

通過對(duì)露天試車臺(tái)反推擋板設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求指標(biāo)進(jìn)行歸類整理，擋板需求識(shí)別如表1所示，表1中共識(shí)別出8項(xiàng)反推擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，本文將以此為依據(jù)對(duì)反推擋板開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

表1 反推擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求分析

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 反推擋板總體

根據(jù)需求分析，反推擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示，反推擋板為可移動(dòng)框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)為14.5 m，寬為4 m（行走機(jī)構(gòu)寬），高為9 m，質(zhì)量為17.3 t?？紤]吊裝及運(yùn)輸要求，反推擋板采用分體結(jié)構(gòu)，主體分為3部分，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元體長(zhǎng)4.5 m，每部分均由擋板主體與行走機(jī)構(gòu)組成，3個(gè)主體之間通過薄鋼板進(jìn)行連接，薄鋼板與其中一個(gè)主體固定在一起。反推擋板還包括有連接座，該裝置在擋板安裝到位時(shí)固定中間主體。

圖1 反推擋板

擋板主體有2種結(jié)構(gòu)形式：與進(jìn)氣道連接的擋板主體結(jié)構(gòu)Ⅰ，與擋板主體結(jié)構(gòu)Ⅰ兩側(cè)相連的主體結(jié)構(gòu)Ⅱ。為了減小反推擋板的迎風(fēng)面積，同時(shí)更好地引導(dǎo)反推氣流，擋板主體結(jié)構(gòu)Ⅱ與擋板主體結(jié)構(gòu)Ⅰ之間有10°夾角。

2.2 擋板框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

擋板主體框架結(jié)構(gòu)有擋板主體Ⅰ框架和擋板主體Ⅱ2種框架結(jié)構(gòu)。其中，在框架和擋板結(jié)構(gòu)中廣泛采用H鋼立柱，利用H鋼結(jié)構(gòu)在露天場(chǎng)地使用環(huán)境下進(jìn)行排水，防止因積水而銹蝕，滿足需求分析中排水結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。

擋板主體Ⅰ框架結(jié)構(gòu)如圖2所示，該框架結(jié)構(gòu)由HW100×100的H鋼橫梁、HW200×200的H鋼長(zhǎng)立柱、50×5方鋼斜梁組成。圖2中序號(hào)1所示的立柱、橫梁及斜拉梁與框架結(jié)構(gòu)通過螺栓連接，框架結(jié)構(gòu)其余部分通過焊接相連。

圖2 擋板主體Ⅰ框架結(jié)構(gòu)

擋板主體Ⅱ與擋板主體Ⅰ通過薄鋼板相連，擋板主體Ⅱ框架結(jié)構(gòu)如圖3所示，由HW200×200的H鋼立柱和HW100×100的H鋼橫梁及50×5方鋼斜梁焊接而成，為全焊接結(jié)構(gòu)，方鋼斜梁對(duì)框架起到加強(qiáng)穩(wěn)固作用。

圖3 擋板主體Ⅱ框架結(jié)構(gòu)

在框架結(jié)構(gòu)的下端焊接有底板，底板上設(shè)有通孔（可與反推擋板行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行固定），在H鋼立柱上焊接斜支撐安裝板，通過該安裝板可與斜支撐連接，在H鋼立柱上端及下端均焊接有連接鋼絲繩的系留裝置，用于與試驗(yàn)場(chǎng)地之間系留固定，防止擋板傾覆及擺動(dòng)。

2.3 擋板設(shè)計(jì)

由于擋板主體Ⅰ與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道相連，因此擋板結(jié)構(gòu)有2種形式：一種是擋板結(jié)構(gòu)Ⅰ，另一種則由鋼板直接焊接在擋板主體框架上。

擋板結(jié)構(gòu)Ⅰ如圖4所示，擋板結(jié)構(gòu)Ⅰ與擋板主體Ⅰ框架結(jié)構(gòu)通過螺栓連接，該結(jié)構(gòu)由4個(gè)結(jié)構(gòu)尺寸相同的子結(jié)構(gòu)組成。

圖4 擋板結(jié)構(gòu)Ⅰ

為保證發(fā)動(dòng)機(jī)及其進(jìn)氣道安全，避免反推擋板在使用過程中由于發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)及擋板的晃動(dòng)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工藝進(jìn)氣道產(chǎn)生不必要的碰磨，因此反推擋板與工藝進(jìn)氣道之間采用間隙配合，同時(shí)給安裝預(yù)留調(diào)整余量，單邊間隙為50 mm。

2.4 斜支撐及其橫拉梁

斜支撐對(duì)反推擋板起加強(qiáng)固定作用，結(jié)構(gòu)如圖5所示，斜支撐由100×100方鋼與50×50方鋼焊接而成，在100×100方鋼兩端及50×50方鋼一端均焊接有安裝板，用于與主體框架及行走機(jī)構(gòu)的連接。斜支撐通過該安裝板與擋板主體框架及行走機(jī)構(gòu)相連形成整體。

圖5 擋板斜支撐

2.5 行走機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

反推擋板每個(gè)單元的長(zhǎng)度為4.5 m，高為9 m，行走機(jī)構(gòu)與之相適應(yīng)，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)預(yù)留一定操作空間，因此確定行走機(jī)構(gòu)外形尺寸為4.5 m×4 m（長(zhǎng)×寬）。

行走機(jī)構(gòu)的車體輪距為3.5 m，底盤高度為0.3 m，滿足設(shè)計(jì)要求中提出的6°坡地路面移動(dòng)要求。

行走機(jī)構(gòu)的車輪選取萬(wàn)向輪，滿足設(shè)計(jì)要求中提出轉(zhuǎn)向角度不小于40°的要求，同時(shí)在行走機(jī)構(gòu)的前后均設(shè)置了連接牽引桿所用裝置，通過該裝置可以連接牽引桿，實(shí)現(xiàn)對(duì)擋板單元的調(diào)整。前后兩排萬(wàn)向輪均設(shè)有鎖定裝置，調(diào)整過程中將后排萬(wàn)向輪鎖定成直輪。此外考慮露天臺(tái)地面的承載能力，萬(wàn)向輪選用質(zhì)地較軟的橡膠實(shí)心輪。

行走機(jī)構(gòu)在反推擋板安裝結(jié)束后，為保證露天試車臺(tái)架和發(fā)動(dòng)機(jī)部件安全，需要設(shè)置升降支撐防止行走機(jī)構(gòu)自由移動(dòng)，此外該支撐還具備反推擋板高度調(diào)整功能。在反推擋板安裝到位后，擋板主體結(jié)構(gòu)Ⅰ上的行走機(jī)構(gòu)需要通過連接座與試車臺(tái)上的預(yù)埋鋼板連接從而固定擋板主體結(jié)構(gòu)Ⅰ，防止反推擋板受力時(shí)發(fā)生傾覆或擺動(dòng)狀況。

綜上所述，行走機(jī)構(gòu)由車體框架、萬(wàn)向輪組件、牽引桿組件和升降支撐組件組成，結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 移動(dòng)車輪廓圖

2.6 可調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)

由需求分析可知考慮到反推擋板未來的使用情況，當(dāng)進(jìn)氣道測(cè)量段直徑變化時(shí)及進(jìn)氣道中心高變化時(shí)，反推擋板應(yīng)具備進(jìn)行改裝以適應(yīng)新進(jìn)氣道尺寸的能力。為滿足上述要求，擋板主體結(jié)構(gòu)Ⅰ設(shè)計(jì)成如圖7所示。

1）進(jìn)氣道測(cè)量段直徑變化。

圖7中與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道相連接的1、2、3、4，該結(jié)構(gòu)與擋板主體Ⅰ通過螺栓連接，目前開孔直徑為2000 mm,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道尺寸發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)工藝進(jìn)氣道的尺寸變化更換相應(yīng)尺寸的1、2、3、4，從而滿足發(fā)動(dòng)機(jī)工藝進(jìn)氣道直徑變化的要求。

2）進(jìn)氣道中心高變化。

圖7中結(jié)構(gòu)5為活動(dòng)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過螺栓與主體框架相連。當(dāng)進(jìn)氣道中心高由6 m變成5 m時(shí)，將1、2、3、4下移并將5上移到上側(cè)與主體框架連接即可滿足要求。當(dāng)工藝進(jìn)氣道中心高為5～6 m之間時(shí)，將結(jié)構(gòu)5拆掉并將1、2、3、4下移到所要求的位置，同時(shí)根據(jù)上下所余空間重新加工與結(jié)構(gòu)5的結(jié)構(gòu)形式相似但高度適應(yīng)所余空間的結(jié)構(gòu)件，并將其固定到主體框架上即可滿足擋板設(shè)備中心高可調(diào)節(jié)變化的要求。

3 反推擋板實(shí)物

根據(jù)上述反推擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該擋板設(shè)備已完成實(shí)物加工及試驗(yàn)場(chǎng)地預(yù)安裝，現(xiàn)場(chǎng)安裝的擋板設(shè)備與場(chǎng)地連接牢固可靠，擋板試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖如圖8所示。

圖8 反推擋板實(shí)物

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)露天試車臺(tái)反推擋板設(shè)備結(jié)構(gòu)開展需求分析，考慮反推擋板使用環(huán)境、使用場(chǎng)地承載能力等設(shè)計(jì)約束，對(duì)露天試車臺(tái)反推擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)介紹，確保反推擋板結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求，從而確保擋板設(shè)備功能的實(shí)現(xiàn)。