CN102221467B - 一种活塞式发动机高空模拟试验系统 - Google Patents

Abstract

一种活塞式发动机高空模拟试验系统，其特征在于包括：发动机试验台(4)，发动机进气温度控制系统(1)，发动机进气加湿系统(2)，发动机进气压力控制系统(3)，发动机排气冷却装置(5)，发动机排气抽真空系统(6)。本发明可有效的完成地面三种参数(压力、温度、湿度)任意组合环境、高空低温低气压环境下发动机的各种工作状况的试验。相比传统的舱体抽真空或风洞试验系统，本发明的活塞式发动机高空模拟试验系统具有系统简单可靠、投资小、耗能小、运行维护成本低、功能全和精确控制发动机进气温度等多项优点。

Description

一种活塞式发动机高空模拟试验系统

技术领域

本发明涉及一种活塞式发动机高空模拟试验系统，属于环境模拟技术领域。 

背景技术

在现有技术中，(航空)活塞式发动机高空模拟环境下的试验一般是将整台发动机及其附属装置放置于密闭抽真空的舱体或风洞中进行的，试验开始前需要将舱内冷透到需要的温度。这种试验系统的缺点在于系统复杂，能耗大，试验费用昂贵，试验开始前准备时间长，发动机进气温度控制难度大。 

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种经济实用的活塞式发动机高空模拟试验系统，该系统结构简单，能够有效的克服能耗大的缺点，并且能够精确控制发动机进气温度，从而能够较好的模拟发动机高空工作的环境。 

根据本发明的一个方面，提供了一种活塞式发动机高空模拟试验系统，其特征在于包括： 

发动机试验台，发动机进气温度控制系统，发动机进气加湿系统，发动机进气压力控制系统，发动机排气冷却装置，发动机排气抽真空机组系统。 

根据本发明的一个进一步的方面，所述发动机试验台进一步包括发动机台架及安装在其上的发动机、测功机、燃油系统、滑油系统、冷却风机等相关配套设施。 

根据本发明的又一个方面，所述发动机进气温度控制系统采用空气制冷旁路掺混的方式，通过控制旁路调节阀来粗略控制掺混后空气温度，然后采用高效电加热器和调功器来精确调节发动机进气温度。高效电加热器位于加湿管道之后，以避免加湿过程对进气温度的干扰。 

根据本发明的又一个方面，所述发动机进气压力控制系统，在加湿管道之前设置通大气支管并在其上安装放气调节阀，以保证发动机进气压力控制阀之前的压力恒定(稍大于地面标准大气压力)；在发动机进、排气管路上设置旁通管，并在其上安装调节阀和止回阀；采用大通径调节阀和小通径调节阀并联安装的形式来分别粗略和精细调节进气压力。 

根据本发明的又一个方面，所述发动机排气抽真空系统，在真空机组的进气管路上设置大气补气支管，并在其上安装补气调节阀。 

根据本发明的另一个方面，提供了一种发动机高空模拟试验系统，其特征在于包括： 

发动机进气温度控制系统，用于控制发动机的进气温度； 

发动机进气加湿系统，用于控制发动机进气的湿度； 

发动机进气压力控制系统，用于控制发动机的进气压力； 

发动机排气冷却装置，用于对至少一部分发动机排气进行冷却。 

附图说明

图1是本发明的发动机高空模拟试验系统的子系统结构示意图； 

图2是本发明的发动机高空模拟试验系统的流程示意图； 

附图标记： 

1-发动机进气温度控制系统，2-发动机进气加湿系统， 

3-发动机进气压力控制系统，4-发动机试验台，5-发动机排气降温装置， 

6-发动机排气抽真空系统，7-干燥洁净的压缩空气(0.8～1Mpa)进气管， 

8-精密过滤器，9-流量计，10-排气道(沟)，101-空气制冷管路， 

102-手阀，103-调节阀TF1，104-空气制冷装置，105-压力传感器， 

106-温度传感器，107-空气制冷旁通管路，8-调节阀TF2，109-调功器， 

110-电加热器，201-蒸汽发生器，202-调节阀TF 3，203-加湿管道， 

204-湿度传感器，301-放气调压支管，302-调节阀TF4，303-调节阀TF5， 

304-调节阀TF6，305-调节阀TF7，306-止回阀ZF1， 

307-发动机进排气旁通管路，401-发动机台架，402-发动机，403-测功机， 

601-调节阀TF8，602-调压补气管，603-调节阀TF9，604-止回阀ZF2， 

605-真空机组，606-抽真空排气管 

具体实施方式

根据本发明如图1所示的本发明的实施例的活塞发动机高空模拟试验系统包括：发动机试验台4，发动机进气温度控制系统1，发动机进气加湿系统2，发动机进气压力控制系统3，发动机排气冷却装置5，发动机排气抽真空系统6，以及其他阀门、管件、连接件、传感器等(部分未显示)。 

如图2所示，在发动机进气温度控制系统1中，发动机进气的温度控制是通过由空气制冷路101和空气制冷旁路107的掺混以及电加热器110及其调功器109来快速、精确的调节发动机进气温度。根据本发明的一个具体实施例，在发动机进气温度控制系统1中，来自一个气源(未显示)的洁净干燥的压缩空气(0.8～1.0Mpa)进入管道7，再经精密过滤8后分成两路，一路101进入空气制冷装置104深度制冷到-70℃甚至更低，该温度可以通过控制调节阀103来间接初步控制；另一路进入空气制冷旁通管路107，并经调节阀108来控制旁路107的掺混量来进一步控制发动机402的进气温度，设置该旁路107的另一个好处在于，在做常温或者高于常温的试验时，空气制冷路101全关，空气全部从旁路107通过，经济节能。湿度传感器204（属于发动机进气加湿系统2）前的电加热器110及其调功器109则用于最终精确控制进气温度。考虑到加湿会对空气温度产生影响，故电加热器110安置于加湿管道203（属于发动机进气加湿系统2）之后。

根据本发明的一个具体实施例的发动机进气加湿系统2包括用于发动机进气的湿度控制的蒸汽发生器201、加湿调节阀202、加湿管道203和湿度传感器204。蒸汽发生器产生的水蒸气由调节阀202所在的细管输送到较粗的加湿管道203中与送往发动机402的空气充分混合进行加湿。湿度传感器204则用来监测加湿后的气流的相对湿度，且需安装于电加热器110之后。 

根据本发明的一个具体实施例，发动机进气压力控制系统3用于进行发动机进气压力的控制，其中首先通过控制放气调节阀302的开度调节放气量，以保证调节阀304和304前的压力稍大于标准大气压力；并联安的调节阀303和调节阀304用于控制发动机302的进气压力。根据本发明的一个具体实施例，调节阀303的通径比304至少大一倍，调节阀303用于粗调进气压力，调节阀304则用于精细调节发动机进气压力。发动机进、排气设置旁通管路307，用于发动机开车前通低温的空气冷却发动机进气管道，以及做发动机高空启动及停车试验时全开调节阀305使得发动机进、排气压力保持一致。在该旁通管上设置止回阀306，防止发动机排气倒流。 

由于发动机排气温度高达800℃以上，不能直接进入调节阀601和抽真空设备605，需要用冷却装置5进行冷却。本发明的一个具体实施例，该冷却装置5包括一套水蒸发冷却设备（未显示）和一套水冷却器（未显示），高温的发动机排气先进入蒸发冷却设备，靠水的沸腾来带走大部分热量，使其温度降至200℃以下，然后通过用循环水做冷却介质的水冷却器使其温度降至70℃以下。 

发动机排气抽真空系统6中的发动机排气抽真空机组605采用若干台抽气设备并联或者几级串联的形式，具体实施形式需要根据所需模拟的高度以及抽气设备的性能来定。根据本发明的一个具体实施例的航空发动机高空模拟试验系统所模拟的高度为约11km，压力为约22kPa，真空机组605采用两台水环真空泵并联的形式，在每台真空泵吸气入口处安装止回阀604，并在吸气总管上设置大气补气支管602，并在该支管上安装补气调节阀603。当真空泵开启后，其工作状态恒定，通过联合控制大气补气调节阀603和调节阀601来控制发动机的排气压力。 

本发明的功能和效果 

采用根据本发明的上述实施例的活塞发动机高空模拟试验系统，可以有效地完成如下各种环境下的发动机试验： 

地面三种参数（压力、温度、湿度）任意组合环境下的发动机试验， 

发动机地面环境启动并逐步进入高空低温低气压环境的试验， 

发动机高空停车以及再启动的试验， 

发动机地面或者高空环境长时间运行的可靠性试验。 

本发明所述的技术方案与传统的舱体抽真空或风洞试验系统相比，不但能够低成本地完成上述各种试验，而且还在可靠性、初期投资、试验效率和发动机进气温度控制等方面具有明显的优势。本发明的发动机高空模拟试验系统具有系统简单可靠、投资小、耗能小、运行维护成本低、功能全和精确控制发动机进气温度等多项优点。 

以上结合具体实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明不限于上述具体描述的实施例，在不脱离本发明的范围和精神的前提下，可以对本发明进行各种变形、替换和/或修正，而这些变形、替换和/或修正均属于所附权利要求书所限定的本发明的范围。 

Claims (6)

1.一种发动机高空模拟试验系统，包括：

发动机进气温度控制系统（1），用于控制发动机（402）的进气温度；

发动机进气加湿系统（2），用于控制发动机进气的湿度；

发动机进气压力控制系统（3），用于控制发动机的进气压力；

发动机排气冷却装置（5），用于对至少一部分发动机排气进行冷却；

发动机排气抽真空系统（6），用于对发动机高空模拟试验系统的舱体内部抽真空，

其特征在于发动机进气温度控制系统（1）包括：

空气制冷路（101）；

空气制冷装置（104），用于对经过所述空气制冷路（101）的、来自气源的压缩空气进行深度制冷；

与所述空气制冷路（101）掺混的空气制冷旁路（107）；

调节阀（108），用于控制所述空气制冷旁路（107）的掺混量，以进一步控制发动机（402）的进气温度；以及

电加热器（110），用于进一步精确调节发动机的进气温度。

2.根据权利要求1的发动机高空模拟试验系统，其特征在于发动机进气加湿系统（2）包括：

用于发动机进气的湿度控制的蒸汽发生器（201）；

粗加湿管道（203）；

细加湿管道；

设在所述细加湿管道上的加湿调节阀（202）；

湿度传感器（204），其设置在电加热器（110）之后，用于监测加湿后的空气的相对湿度；

其中所述蒸汽发生器产生的水蒸气由所述细加湿管道输送到粗加湿管道（203）中，从而与送往发动机（402）的空气充分混合以进行加湿。

3.根据权利要求1的发动机高空模拟试验系统，其特征在于发动机进气压力控制系统（3）包括：

控制放气调节阀（302），用于调节放气量，以保证第一调节阀（303）和第二调节阀（304）前的压力稍大于标准大气压力；

并联安装的所述第一调节阀（303）和所述第二调节阀（304），用于控制发动机（302）的进气压力。

4.根据权利要求3的发动机高空模拟试验系统，其特征在于

第一调节阀（303）的通径比第二调节阀（304）的通径至少大一倍，

其中所述第一调节阀（303）用于粗调发动机进气压力，第二调节阀（304）用于精细调节发动机进气压力。

5.根据权利要求4的发动机高空模拟试验系统，其特征在于发动机进气压力控制系统（3）进一步包括：

在发动机的进气管路和排气管路上设置的旁通管（307），

在旁通管（307）上安装的第三调节阀（305）和止回阀（306）。

6.根据权利要求1的发动机高空模拟试验系统，其特征在于发动机排气抽真空系统（6）包括：

发动机排气抽真空机组（605），用于抽吸发动机排气以形成所需模拟的高空低气压环境，

在发动机排气抽真空机组（605）的进气管路上设置的调节阀（601），

与所述进气管路连通的大气补气支管（602），

安装在所述大气补气支管（602）上的补气调节阀（603），

所述调节阀（601）和补气调节阀（603）用于调节发动机排气压力。

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