秦崢嶸，劉元周，吉海云，李艷軍

（沈陽發(fā)動機(jī)研究所，沈陽 110015）

0 引言

航空發(fā)動機(jī)露天試車臺是航空發(fā)動機(jī)整機(jī)試驗配套系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。反推擋板作為露天試車臺使用的專用設(shè)備，在露天環(huán)境下進(jìn)行發(fā)動機(jī)反推裝置試車時，反推裝置的高溫氣流有可能會被發(fā)動機(jī)吸入，從而造成發(fā)動機(jī)進(jìn)口的溫度畸變，影響發(fā)動機(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)動機(jī)因溫度畸變造成失速和喘振[1-2]。

本文根據(jù)露天試車臺反推擋板設(shè)計要求進(jìn)行擋板需求分析，開展露天試車臺發(fā)動機(jī)反推試驗擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保擋板設(shè)備在露天試驗環(huán)境下滿足設(shè)計要求，實現(xiàn)阻擋反推氣流的功能。

1 反推擋板需求分析

通過對露天試車臺反推擋板設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計的需求指標(biāo)進(jìn)行歸類整理，擋板需求識別如表1所示，表1中共識別出8項反推擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計需求，本文將以此為依據(jù)對反推擋板開展結(jié)構(gòu)設(shè)計。

表1 反推擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計需求分析

2 方案設(shè)計

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)計如圖1所示，反推擋板為可移動框架結(jié)構(gòu)，長為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]吊裝及運輸要求，反推擋板采用分體結(jié)構(gòu)，主體分為3部分，每個結(jié)構(gòu)單元體長4.5 m，每部分均由擋板主體與行走機(jī)構(gòu)組成，3個主體之間通過薄鋼板進(jìn)行連接，薄鋼板與其中一個主體固定在一起。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

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鋼長立柱、50×5方鋼斜梁組成。圖2中序號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，用于與試驗場地之間系留固定，防止擋板傾覆及擺動。

2.3 擋板設(shè)計

由于擋板主體Ⅰ與發(fā)動機(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)動機(jī)的振動及擋板的晃動對發(fā)動機(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

反推擋板每個單元的長度為4.5 m，高為9 m，行走機(jī)構(gòu)與之相適應(yīng)，同時考慮現(xiàn)場預(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×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)計要求中提出的6°坡地路面移動要求。

行走機(jī)構(gòu)的車輪選取萬向輪，滿足設(shè)計要求中提出轉(zhuǎn)向角度不小于40°的要求，同時在行走機(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，實現(xiàn)對擋板單元的調(diào)整。前后兩排萬向輪均設(shè)有鎖定裝置，調(diào)整過程中將后排萬向輪鎖定成直輪。此外考慮露天臺地面的承載能力，萬向輪選用質(zhì)地較軟的橡膠實心輪。

行走機(jī)構(gòu)在反推擋板安裝結(jié)束后，為保證露天試車臺架和發(fā)動機(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，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發(fā)生傾覆或擺動狀況。

綜上所述，行走機(jī)構(gòu)由車體框架、萬向輪組件、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 移動車輪廓圖

2.6 可調(diào)節(jié)設(shè)計

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)氣道測量段直徑變化時及進(jìn)氣道中心高變化時，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)計成如圖7所示。

1）進(jìn)氣道測量段直徑變化。

圖7中與發(fā)動機(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)動機(jī)進(jìn)氣道尺寸發(fā)生變化時，根據(jù)發(fā)動機(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，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，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 反推擋板實物

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

圖8 反推擋板實物

4 結(jié)語

本文通過對航空發(fā)動機(jī)露天試車臺反推擋板設(shè)備結(jié)構(gòu)開展需求分析，考慮反推擋板使用環(huán)境、使用場地承載能力等設(shè)計約束，對露天試車臺反推擋板結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)介紹，確保反推擋板結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求，從而確保擋板設(shè)備功能的實現(xiàn)。