1.本发明涉及燃气涡轮发动机模拟试验技术领域，涉及一种实验室用模拟突加不平衡试验装置及其试验方法。
背景技术：2.航空发动机是高速旋转的复杂热动力机械，其核心部件转子系统更是工作在高温、高压、高转速、高负载的环境中。在服役过程中，由于受外物冲击、高周疲劳、过热和材料缺陷等因素的影响，航空发动机可能遭遇叶片丢失的严重安全事故，其中最典型的事故是大涵道比涡扇发动机的风扇叶片丢失事故(fan blade off,fbo)。当fbo事故发生后，航空发动机工作状况将极度恶化，可能发生一系列的安全事故，如，飞脱叶片将猛烈冲击机匣导致非包容事故、转子系统遭受巨大的突加不平衡可能导致低压转子轴变形甚至断裂、转静子系统可能碰磨引发失火等，以上事故可能导致航空发动机及飞机损伤，进一步影响飞行安全。
3.基于以上原因，开展突加不平衡作用下的航空发动机整机/转子系统响应及安全性的试验研究是十分有必要的。在实验室环境中，准确模拟突加不平衡载荷，实现丢失质量、丢失转速的精确化控制是开展此项试验研究的前提。根据期刊文章“陈伟，刘璐璐，宣海军，等.突加高能载荷作用下航空发动机结构动态响应及安全性综述[j].推进技术,2020,41(9):2099-2119.”及“马艳红,梁智超,王桂华,等.航空发动机叶片丢失问题研究综述[j].航空动力学报,2016,31(3):513-526”可知：目前国内外在开展叶片丢失载荷试验研究过程中主要采用的控制方法通常包括预制裂纹、叶根爆破、局部加热三种。预制裂纹采用逐次增加切割量，控制叶片在规定转速范围内飞断；叶根爆破法在叶片根部预埋炸药，在发动机到达预定转速后利用引电器引爆；局部加热法利用风扇叶片常用的tc4材料强度极限随温度升高迅速下降的特点，在叶片榫槽处穿孔放入加热棒。以上三种方法中，预制裂纹法需要多次切割，且试验叶片不可重复使用；爆破法成本高，对试验场地要求高，且试验叶片不可重复使用；局部加热法受限于材料性质，且试验叶片不可重复使用。因此以上三种试验方法都不是在实验室中开展模拟突加不平衡试验的经济、实用的控制方法。
[0004]
除以上方法外，发明专利号为cn 106611553 b、cn 113280979 a、cn109580138b、cn 111947835 a公布了两类、四种模拟质量飞脱的控制方法，前两种方法基于离心力设计的机械结构实现叶片飞脱控制，后两个基于导电滑环烧断引线实现叶片飞脱控制。
[0005]
但由于在实验室中开展模拟突加不平衡的规律试验时，需要同时兼顾相对较高/较低的飞脱转速和相对较大/较小的飞脱质量，对于前两种基于离心力实现叶片飞脱的方法，当开展低转速、低飞脱质量的模拟试验时，由于此时模拟飞脱叶片所受离心力较小，当转速在一定范围内变化时，离心力变化不明显，因而在这种工况下难以精确控制飞脱转速；此外机械控制结构给转子系统引入了较大的附加质量会改变转子系统原始的设计状态，同时对转子系统的振动状态有一定的影响。对于后两种基于导电滑环遥控烧断引线实现叶片飞脱的方法，需要在转轴上安放导电滑环，在静子结构上安装碳刷，因此需要一定的轴向空
间，且需要在试验器静子件上额外增加固定碳刷的基座或承力机匣，另外部分情况下为保证模拟试验器与真实发动机结构相近难以在转轴上预留安装导电滑环的空间，此时难以安装导电滑环。
[0006]
此外，当计划在高于转子系统临界转速开展的模拟突加不平衡试验时，当飞脱质量块丢失后。由于转子系统的质心归位效应，此时转子系统的振动状态并不是最恶劣的，但当转子系统降速通过临界转速时，较大的不平衡量将导致转子系统的振动状态极度恶化，严重时可能导致试验器的损坏甚至发生安全事故。为避免该情况的发生，当飞脱质量快丢失后，在降速之前在丢掉配重块，使转子系统恢复动平衡状态从而避免转子系统降速通过临界转速时过大的振动状态出现。
技术实现要素：[0007]
发明目的：针对以上缺点，本发明公开一种实验室用模拟突加不平衡试验装置，能兼顾高转速及低转速工况下的飞脱转速控制精度；并且在试验器转子部件上引入的附加质量较小，不会因为质量飞脱控制机构的引入而导致转子系统设计状态的变化；对安装空间要求低。同时，本发明还提供一种实验室用模拟突加不平衡试验装置的试验方法，能够对于突加不平衡的状况进行试验。
[0008]
技术方案：为解决上述问题，本发明公开一种实验室用模拟突加不平衡试验装置，包括转轴、安装在转轴上并与转轴同轴转动的试验器轮盘、飞脱质量块、配重块、飞脱质量块固定绳、易燃粉末；还包括配重块固定绳、激光器；
[0009]
所述试验器轮盘自边缘位置沿试验器轮盘的径向方向开设两个轮心对称的凹槽，飞脱质量块、配重块分别卡于一凹槽内；试验器轮盘上还设有飞脱质量块固定孔、配重块固定孔；飞脱质量块固定绳的一端固定于飞脱质量块正面，另一端穿过飞脱质量块固定孔固定于飞脱质量块背面；配重块固定绳的一端固定于配重块正面，另一端穿过配重块固定孔固定于配重块背面；易燃粉末固定于飞脱质量块固定绳上，激光器用于点燃易燃粉末。
[0010]
进一步的，易燃粉末还固定于配重块固定绳上，易燃粉末固定于飞脱质量块固定绳上的位置到轮心的距离与易燃粉末固定于配重块固定绳上的位置到轮心的距离不同。
[0011]
进一步的，承载飞脱质量块的凹槽底部中心位置与轮心之间的连线方向上设置飞脱质量块固定孔，承载配重块的凹槽底部中心位置与轮心之间的连线方向上设置配重块固定孔。
[0012]
进一步的，飞脱质量块固定孔到轮心的距离小于配重块固定孔到轮心的距离。
[0013]
进一步的，易燃粉末通过透明胶带固定于飞脱质量块固定绳和配重块固定绳上。
[0014]
进一步的，所述的凹槽为矩形凹槽。
[0015]
进一步的，所述的飞脱质量块固定绳、配重块固定绳均选用尼农绳。
[0016]
有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是：1、本发明采用激光熔断控制方法，在低转速、小丢失质量工况下依旧能精确控制飞脱转速；2、通过设置在丢失飞脱质量块后再丢失配重块，使转子系统恢复动平衡状态，避免降速过程中转子系统通过临界转速时振动过大，损坏试验器；3、在转子系统上引入的附加质量较小，不会因为附加质量过大而导致转子系统设计状态的变化，并且不需要附加固定结构，能够适用于空间紧凑的试验器。
[0017]
此外，本发明还提供一种实验室用模拟突加不平衡试验装置的试验方法：试验时，
驱动转轴转动，当转轴转速达到指定转速时，开启激光器点燃固定于飞脱质量块固定绳绳上易燃粉末，飞脱质量块固定绳烧断，飞脱质量块在离心力作用下飞脱；飞脱质量块飞脱后，待转子系统恢复稳定状态，再开启激光器点燃固定于配重块固定尼农绳上的易燃粉末，配重块固定绳烧断，配重块在离心力作用下飞脱，转子系统再次恢复平衡状态。
[0018]
有益效果：本发明相对于现有技术，其显著优点是：利用本方法能够对于突加不平衡的状况进行试验。
附图说明
[0019]
图1是本发明所述模拟突加不平衡实验装置示意图；
[0020]
图2是本发明中转子系统试验器应用示意图；
[0021]
图3是本发明中整机系统试验器应用示意图；
[0022]
图4是本发明中超临界转速状态模拟突加不平衡装置示意图。
具体实施方式
[0023]
下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。
[0024]
实施例1：
[0025]
如图1至图2所示，本发明提供的一种实验室用模拟突加不平衡试验装置，包括：试验器轮盘1、飞脱质量块2、配重块3、飞脱质量块固定孔4、配重块固定孔5、飞脱质量块固定绳6、配重块固定绳7、易燃粉末8、激光器9、转轴10、转轴基座11。
[0026]
如图2所示，为本发明提供的模拟突加不平衡试验装置在转子系统试验器上的应用，转子系统试验器为转轴10。试验器轮盘1安装于转轴10上并随着转轴10同轴转动，转轴10安装在转轴基座11。如图1所示，试验器轮盘1自边缘位置沿试验器轮盘1的径向方向开设两个轮心对称的矩形凹槽，飞脱质量块2、配重块3分别通过一个凹槽卡于试验器轮盘1上，保证试验器轮盘1转动时飞脱质量块2与配重块3不会脱离轮盘1。
[0027]
承载飞脱质量块2的凹槽底部中心位置与轮心之间的连线方向上设置飞脱质量块固定孔4，承载配重块3的凹槽底部中心位置与轮心之间的连线方向上设置配重块固定孔5；飞脱质量块固定孔4到轮心的距离小于配重块固定孔5到轮心的距离。飞脱质量块固定绳6的一端固定于飞脱质量块2上，另一端穿过飞脱质量块固定孔4固定于飞脱质量块2上；配重块固定绳7的一端固定于配重块3上，另一端穿过配重块固定孔5固定于配重块3上；所述的易燃粉末8为火柴头粉末或其他高温易燃氧化物，易燃粉末8通过透明胶带固定于飞脱质量块固定绳6上且靠近飞脱质量块固定孔4的位置。转轴基座11固定有用于点燃易燃粉末8的激光器9。试验前调整激光器9的位置，使静止状态下激光束能照到位于飞脱质量块固定绳6上的易燃粉末8，从而保证轮盘在旋转状态下激光束能正常引燃易燃粉末8，使得飞脱质量块2在试验转速正常飞脱。所述的飞脱质量块固定绳6、配重块固定绳7均为尼农绳。
[0028]
如图3所示，本发明提供的模拟突加不平衡试验装置在整机系统试验器21上的应用。该应用条件与在转子系统试验器上应用不同的是，该工况下整机系统试验器21存在机匣22，机匣22会阻挡激光束；因此该条件下，激光器9固定于整机系统试验器21的前端，激光束穿过整机系统试验器21上的第一肋板23和第二肋板24直接照射到位于飞脱质量块固定绳6上的易燃粉末8，从而保证轮盘在旋转状态下激光束能正常引燃易燃粉末8，使得飞脱质
量块2在试验转速正常飞脱。
[0029]
实施例2：
[0030]
在实施例1的基础上，易燃粉末8还通过透明胶带固定于配重块固定绳7上且靠近配重块3的位置。易燃粉末8固定于飞脱质量块固定绳6上的位置到轮心的距离小于易燃粉末8固定于配重块固定绳上7的位置到轮心的距离，能防止盘1转动时激光束不会烧到配重块固定绳7避免配重块3的意外飞脱。在转轴基座11或者整机系统试验器21在添加一个激光器9。在高于转子系统临界转速开展的模拟突加不平衡试验时，在丢失飞脱质量块2后待转子系统恢复稳定状态，再开启激光器9引燃易燃粉末8烧断配重块固定绳7让配重块3飞脱，使转子系统再次恢复平衡状态，从而避免较大不平衡量的存在导致转子系统降速通过临界转速时危险工况的发生。
