航空发动机转子推力传感器
#### 1. **问题与挑战**
- **规范要求**：根据航空涡轮发动机通用规范（GJB241-87、GJB242-87），发动机压力平衡系统需提供合适的单向轴向载荷，确保在发动机工作包线内所有功率状态下，轴向力不会过大（导致轴承损伤）或过小（导致轴承轻载打滑蹭伤），以保证轴承在设计寿命内正常工作。
- **测试需求**：在飞行前规定试验阶段，需完成转子轴向力分析和实测验证。
- **设计挑战**：需要设计一种具有通用性的轴向力测试传感器，能够适应不同型号发动机的测试需求，同时与轴承座结构匹配，尽量减少安装位置的调整。
#### 2. **解决方案**
- **传感器设计**：在发动机转子滚珠轴承外环前后安装贴有应变片桥路并带多个轴向凸台的轴力传感器，通常称为应力环，实时测量转子向前或向后的轴向力。
- **力学模型分析**：通过有限元分析验证传感器在大轴向力作用下是否保持弹性变形，确保其工作在线性区间，保证测量精度。
- **测试系统组成**：轴向力测试系统包括测量传感器、应变测试仪及信号采集分析系统。传感器输出应变信号，通过校准试验将应变量转换为轴向力值，并结合转速信号判断发动机压力平衡系统提供的载荷是否合适。
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#### 3. **误差分析**
- **误差来源**：主要包括传感器精度和测试仪器误差。
- **传感器精度**：常温下传感器精度在±0.5%以内，但在高温（约130℃）下，应变片温度漂移会影响测量精度，需解决温度漂移问题。
- **系统误差**：测试仪器误差在±0.5%以内，系统总误差在±3%以内，满足工程测试需求。
#### 4. **客户价值**
- **通用性与精确性**：设计的传感器具有通用性，能够适应不同型号发动机的测试需求，并通过有限元分析确保传感器工作在线性区间，保证测量结果准确可靠。
- **成功应用**：该传感器已成功应用于多种型号发动机的轴向力测量试验，测试结果真实可靠，传感器安装良好，无卡滞现象，轴向力随发动机停车归零，验证了其可靠性。
### 总结
该轴向力测试传感器（应力环）通过创新的设计和有限元分析，解决了发动机轴向力测量的关键问题，具有高精度、通用性和可靠性，能够满足航空发动机测试的严格要求，为发动机压力平衡系统的设计和验证提供了重要支持。
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