CN103234730B - 气动性能试验方法及试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气动性能试验方法及试验装置，该方法包括:在所述粒子分离器的主气流流道及清除流流道内模拟生成主气流及清除流;测量所述粒子分离器的进气道的进口截面总压值Pt1;分别调节所述粒子分离器的主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2的大小，使得清除比SCR符合预设值，其中所述清除比SCR=Q2/Ql;测量所述粒子分离器的所述主气流流道内的出口截面总压值Pt2;计算进气总压损失值ΔP。该装置包括进气道、主气流流道及清除流流道;及设置在流道上的抽气风机及压力测量、流量测量、流量调节单元。本发明方法及装置为评估粒子分离器的性能提供了量化手段，便于测试粒子分离器的性能是否符合发动机整机性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及涡轴发动机领域，特别地，涉及一种用于涡轴发动机的粒子分离器的气动性能试验方法及试验装置。
背景技术
整体式粒子分离器是涡轴发动机所特有的进气装置，粒子分离器的流道分主气流和清除流。粒子分离器的主要功能是进气并清除进入发动机进气道的外物(例如砂尘、树叶、草、飞鸟等)，粒子分离器的分离原理是通过合适的流道型面或叶栅建立惯性力场来达到分离外物的目的。
粒子分离器的性能直接影响到涡轴发动机的使用寿命，因此，很有必要对涡轴发动机的粒子分离器进行进气流道总压损失试验，以考核验证粒子分离器的性能指标是否满足设计要求。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于粒子分离器的气动性能试验方法及试验装置，以解决测试粒子分离器气动性能的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:
一种气动性能试验方法，适用于粒子分离器的气动性能测试，包括以下步骤:
在粒子分离器的主气流流道及清除流流道内模拟生成主气流及清除流;
测量粒子分离器的进气道的进口截面总压值Pt1;
分别调节粒子分离器的主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2的大小，使得清除比SCR符合预设值，其中清除比SCR=Q2/Ql;
测量粒子分离器的主气流流道内的出口截面总压值Pt2;
根据进气总压损失值ΔP的计算公式:ΔP=(Pt1-Pt2)/Pt1，计算得到粒子分离器的进气总压损失值ΔP，其中，Pt1为进气道的进口截面总压值，Pt2为主气流流道的出口截面总压值。
进一步地，本发明气动性能试验方法通过调节粒子分离器的主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2大小，在不同的主气流出口流量Q1及清除比SCR的状态下，测量粒子分离器的进气总压损失值ΔP。
进一步地，本发明气动性能试验方法还包括在不同的主气流出口流量Q1及清除比SCR的状态下，测量粒子分离器的主气流出口压力畸变指数DC60的步骤，主气流出口压力畸变指数DC60的测量步骤包括:
测量粒子分离器的主气流出口截面平均静压及主气流出口截面平均总压
根据公式计算得到粒子分离器的主气流出口截面平均动压q;
根据主气流出口压力畸变指数DC60的计算公式计算得到粒子分离器的主气流出口压力畸变指数DC60，其中，P60min为主气流流道的出口截面给定60°扇形的最小平均总压。
进一步地，本发明气动性能试验方法还包括绘制进气总压损失值ΔP、主气流出口压力畸变指数DC60与主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2的关系曲线。
进一步地，主气流出口流量为2kg/s～15kg/s;清除比SCR为l0%、12％、14％、16％、18％、20％或22%。
根据本发明的另一方面，还提供一种气动性能试验装置，适用于粒子分离器的气动性能测试，包括:进气道、主气流流道及清除流流道;
主气流流道及清除流流道均连接至进气道，进入进气道的气流经主气流流道及清除流流道分成两路流出;
主气流流道上设有用于测量主气流流道上气流压力的旋转测量机构、用于测量流经主气流流道的气流流量的第一流量测量装置、用于调节主气流流道上气流流量的第一流量调节装置、及用于在主气流流道上生成抽吸作用力的第一抽气风机;
清除流流道上设有用于测量流经清除流流道的气流流量的第二流量测量装置、用于调节清除流流道上气流流量的第二流量调节装置、及用于在清除流流道上生成抽吸作用力的第二抽气风机;
进气道及清除流流道的内壁在周向上均设有用于测量气流压力的压力测量单元。
进一步地，旋转测量机构包括设置在主气流流道的内壁上的旋转测试圆盘，旋转测试圆盘周向上固设有压力测量单元，旋转测试圆盘在主气流流道内壁的周向上可旋转，进而带动固设于旋转测试圆盘上的压力测量单元旋转。
进一步地，压力测量单元包括测量安装座及设置在测量安装座上的梳式压力测量管，梳式压力测量管垂直于内壁并沿径向延伸。
进一步地，进气道及清除流流道的内壁在周向上均匀布置有多个压力测量单元，且每个压力测量单元上的梳式压力测量管上间隔分布有多个压力测量探针，梳式压力测量管上的多个压力测量探针在进气道或者清除流流道内壁的整个圆周方向上呈等环面间隔分布。
进一步地，旋转测量机构包括在主气流流道内壁的的周向上沿主气流流道内主气流流动方向垂直设置的多个静压测量孔。
本发明具有以下有益效果
1、本发明气动性能试验方法，通过模拟生成主气流及清除流，并分别测量进气道的进口截面总压值Pt1及主气流流道内的出口截面总压值Pt2，从而可计算得出用于衡量粒子分离器的重要性能的进气总压损失值ΔP，为评估粒子分离器的性能提供了量化手段，便于测试粒子分离器的性能是否符合发动机整机性能指标。
2、本发明气动性能试验方法，通过调节粒子分离器的主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2大小，在不同的主气流出口流量Q1及清除比SCR的状态下，测量粒子分离器的进气总压损失值ΔP及粒子分离器的主气流出口压力畸变指数DC60;进一步，还可根据相应的数据绘制进气总压损失值ΔP、主气流出口压力畸变指数DC60与主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2的关系曲线，从而为粒子分离器的性能测试提供了详尽的参数及直观的关系曲线，便于全面的验证粒子分离器的性能，以便得发动机整机性能达标。
3、本发明气动性能试验装置，通过设置进气道、主气流流道及清除流流道来模拟生成主气流及清除流，且在进气道及清除流流道的内壁在周向上均设有用于测量气流压力的压力测量单元，主气流流道上设有用于测量主气流流道上气流压力的旋转测量机构，实现了对进气道的进口截面总压值Pt1、主气流流道内的出口截面总压值Pt2等参数的测量，为后续的气动性能测试提供了可靠的试验手段，且试验装置结构简单、操作方便。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明优选实施例气动性能试验装置的原理示意图;
图2是本发明优选实施例气动性能试验装置的结构示意图;以及
图3是本发明优选实施例旋转测量机构的结构示意图。
附图标记说明:
1、进气道;2、主气流流道;3、第一流量测量装置;4、第一流量调节装置;
5、第一抽气风机;6、清除流流道;7、第二流量测量装置;8、第二流量调节装置;
9、第二抽气风机;10、旋转测量机构;110、旋转测试圆盘;111、梳式压力测量管;
111a、测量探针;130、静压测量孔;11、整流罩;20、锥体;21、进气锥;23、尾锥。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参照图1至图2，本发明提供了一种气动性能试验装置，适用于粒子分离器的气动性能测试，该气动性能试验装置包括:进气道1、主气流流道2及清除流流道6;主气流流道2及清除流流道6均连接至进气道1，沿图1、图2中箭头所示方向进入进气道1的气流经主气流流道2及清除流流道6分成两路流出。在本实施例中，参照图2，内部空心的整流罩11在其内部设有锥体20，锥体20的轴向与整流罩11的轴线平行，且锥体20的中部大，两端部分别为呈锥尖状的进气锥21及尾锥23;整流罩11的出口端靠近外径侧开有环形旁路出口以形成清除流流道6，整流罩11的进口端与进气锥21配合形成环形的进气道1，整流罩11的出口端与尾锥23配合形成环形的主气流流道2。参照图1，主气流流道2上设有用于测量主气流流道2上气流压力的旋转测量机构10、用于测量流经主气流流道2的气流流量的第一流量测量装置3、用于调节主气流流道2上气流流量的第一流量调节装置4、及用于在主气流流道2上生成抽吸作用力的第一抽气风机5;清除流流道6上设有用于测量流经清除流流道6的气流流量的第二流量测量装置7、用于调节清除流流道6上气流流量的第二流量调节装置8、及用于在清除流流道6上生成抽吸作用力的第二抽气风机9;进气道1及清除流流道6的内壁在周向上均设有用于测量气流压力的压力测量单元。分布在进气道1上的压力测量单元位于图2中的I-I截面上，用于测量粒子分离器的进气道的进口截面总压值Pt1;分布在清除流流道6上的压力测量单元位于图2中ⅠⅠⅠ-ⅠⅠⅠ截面上，用于测量清除流出口总压Pt3;分布在主气流流道2上的旋转测量机构10位于图2中ⅠⅠ-ⅠⅠ截面，用于测量主气流流道内的出口截面总压值Pt2。本发明气动性能试验装置模拟生成进气道1、主气流流道2及清除流流道6，并可对进气道的进口截面总压值Pt1、主气流流道内的出口截面总压值Pt2等参数的测量，为后续的气动性能测试提供了可靠的试验数据，且试验装置结构简单、操作方便。
在本实施例中，参照图3，旋转测量机构10包括设置在主气流流道2的内壁上的旋转测试圆盘110，旋转测试圆盘110周向上固设有压力测量单元，旋转测试圆盘110在主气流流道2内壁的周向上可旋转，进而带动固设于旋转测试圆盘110上的压力测量单元旋转。在本实施例中，旋转测试圆盘110的周向上均匀间隔分布有3个压力测量单元(分别位于旋转测量圆盘110的0°位、120°位及240°位)，每个压力测量单元包括测量安装座及设置在测量安装座上的梳式压力测量管111，梳式压力测量管111垂直于内壁并沿径向延伸。每个梳式压力测量管111上分布有5个测量探针111a。在进行压力测量时，旋转测量机构10的旋转测试圆盘110首先位于0°位置，测量一次流场，然后按顺时针方向(沿着图1及图2中箭头所示的进气方向，顺气流看)转动11次，每间隔10°测量一次出口流场压力值，每次稳定30秒。进行下一个状态调节时，先将测试圆盘调回到0°位。优选地，在主气流流道2内壁的周向上沿主气流流道2内主气流流动方向垂直设置多个静压测量孔130。在本实施例中，主气流流道2内壁的周向上均匀分布有3个静压测量孔130，如图3所示，静压测量孔130分别位于旋转测量圆盘110的60°位、180°位及300°位，静压测量孔130的孔径为静压测量孔130与气流流向垂直，用于测量主气流出口截面平均静压
在本实施例中，进气道1及清除流流道6的内壁在周向上均匀布置有多个压力测量单元，该压力测量单元与设置在旋转测试圆盘110上的压力测量单元结构一样，均包括测量安装座及设置在测量安装座上的梳式压力测量管111，且每个压力测量单元上的梳式压力测量管111上间隔分布有多个压力测量探针111a，梳式压力测量管111上的多个压力测量探针111a在进气道1或者清除流流道6内壁的整个圆周方向上按等环面间隔分别。在具体实施例中，测量单元的数量可根据试验需要进行相应设置。
本发明还提供了一种气动性能试验方法，适用于粒子分离器的气动性能测试，包括以下步骤:
在粒子分离器的主气流流道及清除流流道内模拟生成主气流及清除流;
测量粒子分离器的进气道的进口截面总压值Pt1;
分别调节粒子分离器的主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2的大小，使得清除比SCR符合预设值，其中清除比SCR=Q2/Ql;
测量粒子分离器的主气流流道内的出口截面总压值Pt2;
根据进气总压损失值ΔP的计算公式:ΔP=(Pt1-Pt2)/Pt1，计算得到粒子分离器的进气总压损失值ΔP，其中，Pt1为进气道的进口截面总压值，Pt2为主气流流道的出口截面总压值。
较佳地，本发明气动性能试验方法通过调节粒子分离器的主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2大小，在不同的主气流出口流量Q1及清除比SCR的状态下，测量粒子分离器的进气总压损失值ΔP。其中，主气流出口流量Q1可通过第一流量调节装置4进行调节，清除流出口流量Q2可通过第二流量调节装置8进行调节，主气流出口流量Q1可通过第一流量测量装置3测量流量大小，清除流出口流量Q2可通过第二流量测量装置7测量流量大小，通过调节及测量主气流出口流量Q1及清除流流量Q2，可在不同的主气流出口流量Q1及清除比SCR的状态下，测量粒子分离器的进气总压损失值ΔP。
较佳地，本发明气动性能试验方法还包括在不同的主气流出口流量Q1及清除比SCR的状态下，测量粒子分离器的主气流出口压力畸变指数DC60的步骤，主气流出口压力畸变指数DC60的测量步骤包括:
测量粒子分离器的主气流出口截面平均静压及主气流出口截面平均总压
根据公式计算得到粒子分离器的主气流出口截面平均动压q;
根据主气流出口压力畸变指数DC60的计算公式：计算得到粒子分离器的主气流出口压力畸变指数DC60，其中，P60min为主气流流道的出口截面给定60°扇形的最小平均总压，可通过旋转测量机构10测量计算得出。其中，总压是指气流等熵地滞止到速度为零时的压强;静压是指流体在流动时产生的垂直于流体运动方向的压力。
为了更好的显示各参数之间的关系，本发明气动性能试验方法还包括绘制进气总压损失值ΔP、主气流出口压力畸变指数DC60与主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2的关系曲线。
在本实施例中，主气流出口流量为2kg/s～l5kg/s;清除比SCR为l0%、12%、14%、16%、18%、20%或22%。本实施例试验方法中气动性能试验状态表如下:
其中，"√"表示对该状态进行了流场压力测试，"-"表示未对该状态进行流场压力测试。
本发明气动性能试验方法，通过模拟生成主气流及清除流，并分别测量进气道的进口截面总压值Pt1及主气流流道内的出口截面总压值Pt2，从而可计算得出用于衡量粒子分离器的重要性能的进气总压损失值ΔP，为评估粒子分离器的性能提供了量化手段，便于测试粒子分离器的性能是否符合发动机整机性能指标。本发明进一步通过调节粒子分离器的主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2大小，在不同的主气流出口流量Q1及清除比SCR的状态下，测量粒子分离器的进气总压损失值ΔP及粒子分离器的主气流出口压力畸变指数DC60;进一步，还可根据相应的数据绘制进气总压损失值ΔP、主气流出口压力畸变指数DC60与主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2的关系曲线，从而为粒子分离器的性能测试提供了详尽的参数及直观的关系曲线，便于全面的验证粒子分离器的性能，以使得发动机整机性能达标。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种气动性能试验方法，适用于粒子分离器的气动性能测试，其特征在于，包括以下步骤：
在所述粒子分离器的主气流流道及清除流流道内模拟生成主气流及清除流；其中，设置内部空心的整流罩(11)，所述整流罩(11)内部设有锥体(20)，所述锥体(20)的轴向与所述整流罩(11)的轴线平行，且所述锥体(20)的中部大，两端部分别为呈锥尖状的进气锥(21)及尾锥(23)；所述整流罩(11)的出口端靠近外径侧开有环形旁路出口以形成清除流流道(6)，所述整流罩(11)的进口端与所述进气锥(21)配合形成环形的进气道(1)，所述整流罩(11)的出口端与所述尾锥(23)配合形成环形的主气流流道(2)；
测量所述粒子分离器的进气道的进口截面总压值Pt1；
分别调节所述粒子分离器的主气流出口流量Q1及清除流出口流量Q2的大小，使得清除比SCR符合预设值，其中所述清除比SCR＝Q2/Q1；
测量所述粒子分离器的所述主气流流道内的出口截面总压值Pt2；
根据进气总压损失值△P的计算公式：△P＝(Pt1-Pt2)/Pt1，计算得到所述粒子分离器的进气总压损失值△P，其中，Pt1为进气道的进口截面总压值，Pt2为主气流流道的出口截面总压值。
2.根据权利要求1所述的气动性能试验方法，其特征在于，
通过调节所述粒子分离器的所述主气流出口流量Q1及所述清除流出口流量Q2大小，在不同的所述主气流出口流量Q1及所述清除比SCR的状态下，测量所述粒子分离器的所述进气总压损失值△P。
3.根据权利要求2所述的气动性能试验方法，其特征在于，
还包括在不同的所述主气流出口流量Q1及所述清除比SCR的状态下，测量所述粒子分离器的主气流出口压力畸变指数DC60的步骤，所述主气流出口压力畸变指数DC60的测量步骤包括：
测量所述粒子分离器的主气流出口截面平均静压及主气流出口截面平均总压
根据公式计算得到所述粒子分离器的主气流出口截面平均动压q；
根据所述主气流出口压力畸变指数DC60的计算公式：计算得到所述粒子分离器的所述主气流出口压力畸变指数DC60，其中，P60min为所述主气流流道的出口截面给定60°扇形的最小平均总压。
4.根据权利要求3所述的气动性能试验方法，其特征在于，
还包括绘制所述进气总压损失值△P、所述主气流出口压力畸变指数DC60与所述主气流出口流量Q1及所述清除流出口流量Q2的关系曲线。
5.根据权利要求1至4任一项所述的气动性能试验方法，其特征在于，
所述主气流出口流量为2kg/s～15kg/s；所述清除比SCR为10％、12％、14％、16％、18％、20％或22％。
6.一种气动性能试验装置，适用于粒子分离器的气动性能测试，其特征在于，包括：进气道(1)、主气流流道(2)及清除流流道(6)；
所述主气流流道(2)及所述清除流流道(6)均连接至所述进气道(1)，进入所述进气道(1)的气流经所述主气流流道(2)及所述清除流流道(6)分成两路流出；其中，所述气动性能试验装置包括内部空心的整流罩(11)，所述整流罩(11)内部设有锥体(20)，所述锥体(20)的轴向与所述整流罩(11)的轴线平行，且所述锥体(20)的中部大，两端部分别为呈锥尖状的进气锥(21)及尾锥(23)；所述整流罩(11)的出口端靠近外径侧开有环形旁路出口以形成清除流流道(6)，所述整流罩(11)的进口端与所述进气锥(21)配合形成环形的进气道(1)，所述整流罩(11)的出口端与所述尾锥(23)配合形成环形的主气流流道(2)；
所述主气流流道(2)上设有用于测量所述主气流流道(2)上气流压力的旋转测量机构(10)、用于测量流经所述主气流流道(2)的气流流量的第一流量测量装置(3)、用于调节所述主气流流道(2)上气流流量的第一流量调节装置(4)、及用于在所述主气流流道(2)上生成抽吸作用力的第一抽气风机(5)；
所述清除流流道(6)上设有用于测量流经所述清除流流道(6)的气流流量的第二流量测量装置(7)、用于调节所述清除流流道(6)上气流流量的第二流量调节装置(8)、及用于在所述清除流流道(6)上生成抽吸作用力的第二抽气风机(9)；
所述进气道(1)及所述清除流流道(6)的内壁在周向上均设有用于测量气流压力的压力测量单元。
7.根据权利要求6所述的气动性能试验装置，其特征在于，
所述旋转测量机构(10)包括设置在所述主气流流道(2)的内壁上的旋转测试圆盘(110)，所述旋转测试圆盘(110)周向上固设有压力测量单元，所述旋转测试圆盘(110)在所述主气流流道(2)内壁的周向上可旋转，进而带动固设于所述旋转测试圆盘(110)上的所述压力测量单元旋转。
8.根据权利要求7所述的气动性能试验装置，其特征在于，
所述压力测量单元包括测量安装座及设置在所述测量安装座上的梳式压力测量管(111)，所述梳式压力测量管(111)垂直于所述内壁并沿径向延伸。
9.根据权利要求8所述的气动性能试验装置，其特征在于，
所述进气道(1)及所述清除流流道(6)的内壁在周向上均匀布置有多个所述压力测量单元，且每个所述压力测量单元上的所述梳式压力测量管(111)上间隔分布有多个压力测量探针(111a)，所述梳式压力测量管(111)上的多个所述压力测量探针(111a)在所述进气道(1)或者所述清除流流道(6)内壁的整个圆周方向上呈等环面间隔分布。
10.根据权利要求9所述的气动性能试验装置，其特征在于，
所述旋转测量机构(10)包括在所述主气流流道(2)内壁的周向上沿所述主气流流道(2)内主气流流动方向垂直设置的多个静压测量孔(130)。
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2013
- 2013-05-20 CN CN201310188759.2A patent/CN103234730B/zh active Active
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| CN103234730A (zh) | 2013-08-07 |
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