CN105300545A - 一种发动机燃烧室出口温度场的测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机燃烧室出口温度场的测试装置，涉及发动机技术领域。所述发动机燃烧室出口温度场的测试装置，包含电机、蜗杆、涡轮、摆动轴、水冷壳体、热电偶及机匣，其中，所述摆动轴的中部置于所述机匣内，所述摆动轴的两端置于所述机匣的外部，所述蜗杆置于所述机匣的内部；所述涡轮套设在摆动轴在机匣外部的轴段上；所述电机用于驱动蜗杆旋转，蜗杆带动涡轮转动，涡轮带动摆动轴转动；所述水冷壳体内设置有扇形空腔，所述热电偶置于所述水冷壳体的空腔内，且所述热电偶的一端用于测量发动机燃烧室出口的温度场，另一端与所述摆动轴连接。本发明的优点在于：可以实现试验件周向温度场的测试。

Description

一种发动机燃烧室出口温度场的测试装置

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，具体涉及一种发动机燃烧室出口温度场的测试装置。

背景技术

进行发动机燃烧室试验时,需采用热电偶对燃烧室出口温度场进行测量。出口温度场的径向测量可通过使用沿径向多点热电偶进行实现，而周向测量则需要热电偶进行旋转测量。

目前，在航空发动机燃烧室试验时，有相当一部分试验是采用主燃烧室扇形试验件，其至少包括三个头部或者1/6～1/4扇形，几何尺寸与真实的发动机燃烧室相同，扇形试验件主要用来验证初步的设计方案，诸如燃油喷嘴设计方案、空气流量分配合理性、燃烧效率、出口温度场分布情况、启动和高空点火特性、冒烟与排放等等。为了实现扇形燃烧室出口温度场的测量，需设计一种与扇形燃烧室相匹配连接的出口测量装置，且此装置可以满足热电偶在一定扇形角度内自己摆动，以此来实现对扇形燃烧室出口温度场的摆动测量。同时，由于摆动测试装置位于燃烧室出口，在整个测量过程中，摆动测试装置将受高焓燃气冲刷，燃气总温高于1500K，远超材料的承温极限，为了保证其不会因温度过高而发生热变形甚至是烧毁，从而保证温度场测量的精确度和提高其的使用寿命，设计的摆动测试装置需要有很好的水冷结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种发动机燃烧室出口温度场的测试装置，以解决背景技术中的需要对燃烧室出口温度场周向测量的问题。

本发明的技术方案是：提供一种发动机燃烧室出口温度场的测试装置，包含电机、蜗杆、涡轮、摆动轴、水冷壳体、热电偶及机匣，其中，所述摆动轴的中部置于所述机匣内，所述摆动轴的两端置于所述机匣的外部，所述蜗杆置于所述机匣的内部；所述涡轮套设在摆动轴在机匣外部的轴段上；所述电机用于驱动蜗杆旋转，蜗杆带动涡轮转动，涡轮带动摆动轴转动；所述水冷壳体内设置有扇形空腔，所述热电偶置于所述水冷壳体的扇形空腔内，且所述热电偶的一端用于测量发动机燃烧室出口的温度场，另一端与所述摆动轴连接；所述水冷壳体与所述机匣连接。

优选地，所述水冷壳体的截面为扇形，水冷壳体包含内套和外套，外套套设在内套的外部，且在内套与外套之间形成一个空腔，在所述内套和外套之间设置有挡水板，所述挡水板将内套和外套之间的空腔分隔成螺旋空腔。

优选地，所述水冷壳体上设置有进水管及出水管，冷却水从进水管进入水冷壳体，从出水管流出。

优选地，所述涡轮为扇形涡轮，在所述涡轮上设置有与扇形的圆弧同圆心的圆弧孔，沿所述圆弧孔的圆弧设置有角度刻度。

优选地，所述发动机燃烧室出口温度场的测试装置进一步包含塑料光纤及光纤传感器，所述光纤传感器安装在所述机匣的外部，所述塑料光纤设置有两个且连接到光纤传感器，两个塑料光纤设置在所述涡轮的转动方向，用于限定涡轮的转动角度。

优选地，所述发动机燃烧室出口温度场的测试装置进一步包含指针安装螺杆及指针，所述指针安装螺杆穿过所述涡轮上的圆弧孔，远离圆弧孔的一端固定在所述机匣上，靠近圆弧孔的一端安装有指针，所述指针用于指示涡轮上的角度刻度。

优选地，所述摆动轴置于机匣外部的一端安装有旋转编码器。

优选地，所述摆动轴置于机匣外部的另一端安装有摆动电偶组件。

本发明的有益效果：本发明中发动机燃烧室出口温度场的测试装置，水冷壳体设置为与试验件的外形相适应的扇形，在水冷壳体内设置有扇形空腔，热电偶置于水冷壳体的扇形空腔内，并与摆动轴连接，电机驱动蜗杆，蜗杆带动涡轮，涡轮套设在摆动轴上，并带动摆动轴转动，从而实现热电偶对试验件的周向测试。

附图说明

图1是本发明一实施例的发动机燃烧室出口温度场的测试装置的示意图；

图2是图1所示的发动机燃烧室出口温度场的测试装置的剖视图；

图3是图1所示的发动机燃烧室出口温度场的测试装置的水冷壳体的示意图。

其中：1-电机，2-蜗杆，3-涡轮，4-摆动轴，5-水冷壳体，6-热电偶，7-机匣，8-塑料光纤，9-光纤传感器，10-旋转编码器，11-摆动电偶组件，12-指针安装螺杆，51-进水管，52-出水管，53-内套，54-挡水板，55-外套。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1至图3所示，一种发动机燃烧室出口温度场的测试装置，包含有电机1、蜗杆2、涡轮3、摆动轴4、水冷壳体5、热电偶6、机匣7、塑料光纤8、光纤传感器9、旋转编码器10、摆动电偶组件11及指针安装螺杆12。其中，图1是图1是本发明一实施例的发动机燃烧室出口温度场的测试装置的示意图，图2是图1所示的发动机燃烧室出口温度场的测试装置的A向剖视图，图3是图1所示的发动机燃烧室出口温度场的测试装置的水冷壳体的示意图。

蜗杆2的中部设置有螺旋齿，两端为光轴，两端通过轴承安装在支撑座上，并且由支撑座支撑蜗杆2。蜗杆2的一端与电机1连接，电机1驱动蜗杆2转动。

摆动轴4的中部置于机匣7内，摆动轴4的两端置于机匣7的外部，蜗杆2置于机匣7的内部。

涡轮3套设在摆动轴4的在机匣7外部的轴段上，并且与蜗杆2上的螺旋齿啮合。

电机1用于驱动蜗杆2旋转，蜗杆2带动涡轮3转动，涡轮3带动摆动轴4转动。

水冷壳体5内设置有扇形空腔，热电偶6置于水冷壳体5的扇形空腔内，且热电偶6的一端用于测量发动机燃烧室出口的温度场，另一端与所述摆动轴4焊接连接，水冷壳体5与机匣7通过螺栓连接。

在本实施例中，水冷壳体5的截面为扇形，扇形角度为72度。水冷壳体5包含内套53和外套55，外套55套设在内套53的外部，且在内套53与外套55之间形成一个空腔，在内套53和外套55之间设置有挡水板54，挡水板54将内套53和外套55之间的空腔分隔成螺旋空腔。

可以理解的是，水冷壳体5的截面扇形角度还可以根据实际情况设定。例如在一个备选实施例中，水冷壳体5的截面扇形角度为80度；在另一个备选实施例中，水冷壳体5的截面扇形角度为60度。水冷壳体5的截面扇形角度根据扇形试验件的角度参考设定。

水冷壳体5上设置有进水管51及出水管52，冷却水从进水管51进入水冷壳体5内的螺旋空腔，从出水管52流出。

设置进水管51和出水管52的优点在于：水冷壳体5内的冷却水为流动的，可以及时将整个测试装置的热量带走，水冷壳体51可以通过进水管51和出水管52外接比较大的冷却水源，可以保证水冷壳体51的流动的水一直处于较低的温度。

涡轮3为扇形涡轮，在涡轮3上设置有与扇形的圆弧同圆心的圆弧孔，沿所述圆弧孔的圆弧设置有角度刻度。

在本实施例中个，涡轮3的扇形角度为70度。自圆弧孔的弧长中间向两边对称可有零度至34度的角度值。

可以理解的是，涡轮3的扇形角度还可以根据试验需求设定。例如，在一个备选实施例中，被测试验件需要测量的周向范围角度为80，则涡轮3的扇形角度可以设定为80度。

光纤传感器9安装在机匣7的外部，塑料光纤8设置有两个且连接到光纤传感器9，两个塑料光纤8设置在涡轮3的转动方向，用于限定涡轮3的转动角度。当涡轮3转动到一定角度后，涡轮3会碰触到塑料光纤8，光纤传感器9接收到信号后，发出指令，涡轮3反向旋转，当涡轮3碰触到反方向的另一个塑料光纤8后，光纤传感器9接收到信号后，再次发出指令，涡轮3反向旋转。

本实施例中，两个塑料光纤8之间的夹角为68度。

可以理解的是，两个塑料光纤8之间的夹角还可以根据试验需求设定。例如，在一个备选实施例中，被测试验件需要测量的周向范围角度为80，则两个塑料光纤8之间的夹角可以设定为80度。

指针安装螺杆12穿过涡轮3上的圆弧孔，远离圆弧孔的一端固定在机匣7上，靠近圆弧孔的一端安装有指针，指针用于指示涡轮3上的角度刻度。当涡轮3转动时，通过指针可以直观的观察到涡轮3转动的角度，有利于试验的人工控制。

摆动轴4置于机匣7外部的一端安装有旋转编码器10，旋转编码器10可以实时监测摆动轴4的摆动角度。

摆动轴4置于机匣7外部的另一端安装有摆动电偶组件11。热电偶6在旋转摆动过程中所需要的补偿导线由摆动电偶组件28引出。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种发动机燃烧室出口温度场的测试装置，其特征在于：包含电机(1)、蜗杆(2)、涡轮(3)、摆动轴(4)、水冷壳体(5)、热电偶(6)及机匣(7)，其中，

所述摆动轴(4)的中部置于所述机匣(7)内，所述摆动轴(4)的两端置于所述机匣(7)的外部，所述蜗杆(2)置于所述机匣(7)的内部；

所述涡轮(3)套设在摆动轴(4)在机匣(7)外部的轴段上；

所述电机(1)用于驱动蜗杆(2)旋转，蜗杆(2)带动涡轮(3)转动，涡轮(3)带动摆动轴(4)转动；

所述水冷壳体(5)内设置有扇形空腔，所述热电偶(6)置于所述水冷壳体(5)的扇形空腔内，且所述热电偶(6)的一端用于测量发动机燃烧室出口的温度场，另一端与所述摆动轴(4)连接；

所述水冷壳体(5)与所述机匣(7)连接。

2.根据权利要求1所述的发动机燃烧室出口温度场的测试装置，其特征在于：所述水冷壳体(5)的截面为扇形，水冷壳体(5)包含内套(53)和外套(55)，外套(55)套设在内套(53)的外部，且在内套(53)与外套(55)之间形成一个空腔，在所述内套(53)和外套(55)之间设置有挡水板(54)，所述挡水板(54)将内套(53)和外套(55)之间的空腔分隔成螺旋空腔。

3.根据权利要求2所述的发动机燃烧室出口温度场的测试装置，其特征在于：所述水冷壳体(5)上设置有进水管(51)及出水管(52)，冷却水从进水管(51)进入水冷壳体(5)，从出水管(52)流出。

4.根据权利要求1所述的发动机燃烧室出口温度场的测试装置，其特征在于：所述涡轮(3)为扇形涡轮，在所述涡轮(3)上设置有与扇形的圆弧同圆心的圆弧孔，沿所述圆弧孔的圆弧设置有角度刻度。

5.根据权利要求4所述的发动机燃烧室出口温度场的测试装置，其特征在于：所述发动机燃烧室出口温度场的测试装置进一步包含塑料光纤(8)及光纤传感器(9)，所述光纤传感器(9)安装在所述机匣(7)的外部，所述塑料光纤(8)设置有两个且连接到光纤传感器(9)，两个塑料光纤(8)设置在所述涡轮(3)的转动方向，用于限定涡轮(3)的转动角度。

6.根据权利要求4所述的发动机燃烧室出口温度场的测试装置，其特征在于：所述发动机燃烧室出口温度场的测试装置进一步包含指针安装螺杆(12)及指针，所述指针安装螺杆(12)穿过所述涡轮(3)上的圆弧孔，远离圆弧孔的一端固定在所述机匣(7)上，靠近圆弧孔的一端安装有指针，所述指针用于指示涡轮(3)上的角度刻度。

7.根据权利要求1所述的发动机燃烧室出口温度场的测试装置，其特征在于：所述摆动轴(4)置于机匣(7)外部的一端安装有旋转编码器(10)。

8.根据权利要求7所述的发动机燃烧室出口温度场的测试装置，其特征在于：所述摆动轴(4)置于机匣(7)外部的另一端安装有摆动电偶组件(11)。