轴承腔壁面液膜厚度测量系统的设计与实现.pdf

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1、第42卷第6期2012年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueVd．42No．6NOV．2012轴承腔壁面液膜厚度测量系统的设计与实现郝毓雅，孙嘉琪，刘振侠，吕亚国，胡剑平(西北工业大学动力与能源学院，陕西西安710072)摘要：航空发动机轴承腔壁面液膜厚度影响轴承腔的换热，准确测量轴承腔壁面液膜厚度对轴承腔润滑设计和热分析至关重要。针对轴承腔壁面液膜厚度难测的问题，根据脉冲反射法的基本原理。设计超声波测量系统．系统主要包括数据采集卡、电缆、探头以及延迟块等硬件以及由VC+

2、+开发的软件。以水作为介质，测量不同温度、不同倾斜角度条件下液膜厚度，并将测量结果与计算值进行对比，验证测量系统的准确性与可靠性。测量结果显示：在测量范围内，最大相对误差小于7．1％，满足工程实践要求。关键词：轴承腔；油膜厚度；超声波；测量系统中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671—654X(2012)06．0121．04DesignandRealizationofMeasuringSystemforFilmThicknessinBearingChamberHAOYu-ya，SUNJia·qi，uv

3、Zhen-xia，LVYa—guo，HUJian—ping(SchoolofPowerandEnergy，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’口n710072，China)Abstract：Theliquidfilmthicknessinaero-·enginebearingchamberinfluencesontheheattransferca-·pacityofthebearingchamberwall，SOthatmeasuringliquidfilmthickne

4、ssaccuratelyisessentialtothedesignandthermalanalysisoflubricatingoilsystem．Becauseofpoorworkingenvironment，suchashirshpressureandhightemperatureinthebearingchamber．thispaperdesignsultrasonicmeasuringsystem．Thesystemincludesthedataacquisitioncard，cable，probede

5、layblockandsoftwareexploitedwithVC++．Finally。wegettheerrorbetweentheexperimentalandcalculatedvaluesofdifferentoperatingconditions．Theexperimentalresultsshowthat：themeasuringsystemcallmeettheactualrequirementsandCanmeasuretheliquidfilmthicknessinaero—enginebea

6、ringchamber．Keywords：bearingchamber；filmthickness；ultrasonicwave；measuringsystem引言航空发动机日益增长的高推重比、高可靠性和长寿命的要求，使得对润滑系统的要求也随之提高。轴承腔热分析的结果直接影响润滑系统的正确设计，而轴承腔换热系数是轴承腔热分析的研究难点与焦点，轴承腔壁面液膜厚度对于轴承腔换热系数有重要影响。由于航空发动机轴承腔本身结构很复杂IlJ，腔内的温度很高，尤其是涡轮轴承腔内的温度更高，轴承腔内壁面液膜分布以及厚度的测量一直

7、是工程中的难点。目前国际上测量轴承腔内壁面液膜厚度的方案主要有两种，一种是电容式测量系统，Gorse等旧。就曾采用这种测量系统得到了不同转速、不同进油量等工况下的油膜厚度。一种是超声波测量系统，Witting等”1曾对超声波测量系统进行了初步探索，测量了轴承腔壁面圆周上一点的液膜厚度，但并未将其应用于工程实践当中。由于电容式测量系统的输出阻抗高，易受外界干扰影响而产生不稳定现象，同时，它的输出特性是非线性的，也就是说，对于测厚度电容式传感器，电容量与被测介质的厚度不是线性关系，以至于后续的数据显示及处理都有一定难

8、度。而超声波测量系统克服了电容式测量系统的缺点，它方向性好，传播能量损失小，传播距离大，穿透力强。因此，本文设计开发了可以同时测量轴承腔壁面圆周上8个位置处液膜厚度的超声波测量系统。l测量原理与系统1．1测量原理脉冲反射法㈤是应用最广泛的一种超声测量方法。在实际测量中，最常用的是直接接触脉冲反射法，收稿日期：2012—09—13·基金项目：博士后科学基金项目资助(2011