CN105510039A - 一种模拟高空环境下发动机起动的测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所提供的一种模拟高空环境下发动机起动的测试系统，包括：低温供气系统，用于营造模拟高空的低温环境；排气系统，用于将空气排出营造模拟高空的低压环境；所述低温供气系统连接于发动机的进气管；所述排气系统连接于发动机的排气管；旁通管路，连接于发动机的进气管与排气管之间，该旁通管路中设有阀门；所述阀门随发动机的起动而被关闭。对应的，本发明还提供一种模拟高空环境下发动机起动的测试方法，可模拟出低温低压的高空环境，从而对发动机的起动进行模拟测试，以通过最真实的环境还原出发动机起动时的情况。
Description
技术领域
本发明涉及发动机测试技术领域，特别涉及一种模拟高空环境下发动机起动的测试系统及方法。
背景技术
伴随无人机技术的快速应用与发展，越来越多的领域应用到了无人机这一产品，例如搜救、转播、侦查等等。无人机飞行过程中，其环境为低温低压，若保持其工作寿命，需在前期对于无人机的元器件进行模拟测试。现有测试大多基于经验测算，虽然通过经验公式等可以模拟出元器件的工作情况，但其精度还是存在误差。特别是针对发动机起动过程的测试，由于发动机属于无人机的核心器件，若起动测试存在误差则对于后期无人机的飞行存有隐患。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于，提供一种模拟高空环境下发动机起动测试系统，包括：
低温供气系统，用于营造模拟高空的低温环境；
排气系统，用于将空气排出营造模拟高空的低压环境；其特征在于：
所述低温供气系统连接于发动机的进气管；
所述排气系统连接于发动机的排气管；
旁通管路，连接于发动机的进气管与排气管之间，该旁通管路中设有阀门；所述阀门随发动机的起动而被关闭。
由上，可模拟出低温低压的高空环境，从而对发动机的起动进行模拟测试，以通过最真实的环境还原出发动机起动时的情况。
可选的，所述低温供气系统中包括依次设置的储气罐、第一调节阀、膨胀涡轮机组、电加热器、温度传感器和第一压力传感器。
由上，可以实现对于发动机进气管空气的温度调节。
可选的，所述阀门电连接一主控单元，所述主控单元还与所述发动机电连接，用于在发动机起动前控制开启所述阀门，在发动机起动时刻关闭所述阀门。
由上，满足在发动机起动前，大部分空气通过旁通管路流过，而在发动起起动后，关闭旁通管路，使得空气全部通过发动机，真实有效的模拟发动机高空起动情况，使得测试数据更加准确。
可选的，所述排气系统中还设有第二压力传感器；
所述主控单元还分别与所述第一压力传感器和第二压力传感器电连接，用于在发动机起动前测量进气端、排气端压力，以使第一压力传感器和第二压力传感器所检测的压差低于1kPa。
由上，在发动机起动前，大部分空气通过均压管路流过，从而保证发动机在相对压差较小(1kPa)的环境下等待起动，符合其正常工作状态。
可选的，所述低温供气系统和排气系统所采用的管路为合金材质管路。
由上，以使管路在管路内的实验压力与管路外的环境压力双重作用力下不会发生形变，从而保证实验数据的准确。
可选的，所述低温供气系统和排气系统外层还设有保温层。
由上，以使管路内的实验温度与管路外的环境温度不会发生热交换，从而保证实验数据的准确。
对应的，本发明还提供一种模拟高空环境下的发动机起动测试方法，包括步骤：
A、低温供气系统和排气系统分别为发动机营造模拟高空的低温、低压环境；
B、在所述发动机起动前，分别与发动机进气管和排气管联通的旁通管路开启；
C、在所述发动机起动时刻，所述旁通管路关闭。
可模拟出低温低压的高空环境，从而对发动机的起动进行模拟测试，以通过最真实的环境还原出发动机起动时的情况。
可选的，步骤B中，所述旁通管路的开启程度可控，满足压缩机进气管和排气管之间的压力差低于1kPa。
附图说明
图1为本系统的原理示意图。
具体实施方式
为克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种模拟高空环境下发动机起动测试系统及方法，通过调节发动机的进气压力和进气温度，模拟出低温、低压(例如高原或高空)环境，按照飞机上发动机的工作流程起动发动机，以对其起动过程工作的参数进行获取，便于进行分析测试。
如图1所示为所述模拟高空环境下的发动机起动测试系统的原理示意图，包括与发动机的进气侧管路连接的低温供气系统，以及与发动机的排气侧管路连接的排气系统。
所述低温供气系统包括依次设置的储气罐11、第一调节阀12、膨胀涡轮机组13、调功器14、电加热器15、温度传感器16和第一压力传感器17。
储气罐11中存储有气态空气，空气通过储气罐流出，经过低温调节后流至发动机10，并通过排气侧真空泵模拟低压，最终实现模拟发动机低温、低压的起动环境。
具体的，第一调节阀12与所述储液罐11的出口端连接，用于调节储气罐11的出气量以及出气压力。
膨胀涡轮机组13，用于降低储气罐11所排出气体的温度，经过膨胀涡轮机组13所降温的气体温度约为-70℃。
电加热器15，用于对膨胀涡轮机组13所降温的气体进行加热处理。由于本系统支持发动机10在-65℃～+50℃之间不同情况的测试，因此，需电加热器15实现对于气体温度的加热。调功器14与所述电加热器15连接，用于调节电加热器15的功率，从而实现电加热器15对于气体加热至不同温度的精确控制，误差可控制在±1℃。
电加热器15通向发动机10进气管的管路中，设有温度传感器16和第一压力传感器17，以检测最终流向发动机10的进气侧的空气温度以及空气压力。进一步的，所述温度传感器16还与所述电加热器15电连接，以实现对于流向发动机10的空气温度的闭环调节。上述空气温度的闭环调节已属现有技术，可通过单片机等控制装置实现，不再赘述。
排气系统包括与发动机10排气管依次连接的第二压力传感器21、蒸发冷却器22、真空机组23和第二调节阀24。
所述真空机组23通过对排气侧管路抽真空以降低发动机10所在位置的空气压力。本实施例中，所述真空机组23采用水环真空泵组为主的降压系统。
在所述发动机10的排气管处设置的第二压力传感器21用于检测发动机排气侧管路的空气压力值。
蒸发冷却器22用于对发动机10的排气进行降温处理。
较佳的，在所述发动机10的进气管和排气管之间，还设有旁通管路。旁通管路一端与所述膨胀涡轮机组13的出口端连接，另一端连接至发动机10的排气管。
所述旁通管路中设有阀门31，所述阀门31电连接一主控单元(未图示)，所述主控单元还分别与所述第一压力传感器17、第二压力传感器21、发动机10和所述真空机组23电连接，用于在发动机10起动前，开启所述第三调节阀31，通过所述第一压力传感器17和第二压力传感器21所检测的空气压力差输出控制指令，以控制阀门31的开度，从而保证在发动机10起动前，大部分空气通过旁通管路流过，使发动机10的进气管与排气管之间的压差在1kPa之间，符合其正常工作环境状态。进一步的，还可预存不同高度的压力情况，从而调节真空机组23的转速，以更精确的模拟不同高度发动机所面对的压力情况。
当主控单元检测到发动机10起动时，假设起动时刻为t，则在t时刻起，关闭所述阀门31，以模拟出正常飞行时的压差，从而提高压力模拟的精确度。
本实施例中，所述低温供气系统和排气系统所采用的管路均使用合金作为外层，从而可以承受较大压差而不变形。另外，在所述管路外层还设有保温层，以保证管路内与管路外的隔热。
对应的，本发明还提供一种模拟高空环境下发动机起动的测试方法，包括以下步骤：
S10：低温供气系统和排气系统分别为发动机营造模拟高空的低温、低压环境。
S20：在所述发动机起动前，所述旁通管路开启。
本步骤中，由主控单元依据第一压力传感器17和第二压力传感器21所检测的空气压力差输出控制指令，以控制旁通管路中阀门的开启度，以满足发动机10的进气管与排气管之间的压差在1kPa之间。
S30：在所述发动机起动时刻，所述旁通管路关闭。
在发动机10起动的时刻，关闭所述阀门31，以模拟出正常飞行时的压差，从而提高压力模拟的精确度。
通过本发明所提出的测试系统和测试方法，可以针对发动机在不同低温和低压环境下可能出现的故障进行预调。例如，某些燃油中的含水量较大，在低温和低压环境下可能出现由于过冷水析出而结晶，冰晶导致汽化器或喷油系统不能正常工作，发动机抽不上油。通过本系统及方法，可获悉在何种环境下出现上述情况，本发明还可与相应的燃油系统高空模拟装置配合使用，实现动力装置的性能模拟试验，并且提前做出应对预案。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。总之，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 (8)
1.一种模拟高空环境下发动机起动的测试系统，包括：
低温供气系统，用于营造模拟高空的低温环境；
排气系统，用于将空气排出营造模拟高空的低压环境；其特征在于：
所述低温供气系统连接于发动机(10)的进气管；
所述排气系统连接于发动机(10)的排气管；
旁通管路，连接于发动机(10)的进气管与排气管之间，该旁通管路中设有阀门(31)；所述阀门(31)随发动机(10)的起动而被关闭。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低温供气系统中包括依次设置的储气罐(11)、第一调节阀(12)、膨胀涡轮机组(13)、电加热器(15)、温度传感器(16)和第一压力传感器(17)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述阀门(31)电连接一主控单元，所述主控单元还与所述发动机(10)电连接，用于在发动机(10)起动前控制开启所述阀门(31)，在发动机起动时刻关闭所述阀门(31)。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述排气系统中还设有第二压力传感器(21)；
所述主控单元还分别与所述第一压力传感器(17)和第二压力传感器(21)电连接，用于在发动机(10)起动前调节所述阀门(31)的开度，以使第一压力传感器(17)的检测值高于第二压力传感器(21)的检测值,且所检测值的压差低于1kPa。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低温供气系统和排气系统所采用的管路为合金材质管路。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低温供气系统和排气系统外层还设有保温层。
7.一种模拟高空环境下发动机起动的测试方法，其特征在于，包括步骤：
A、低温供气系统和排气系统分别为发动机营造模拟高空的低温、低压环境；
B、在所述发动机起动前，控制与压缩机进气管和排气管联通的旁通管路开启；
C、在所述发动机起动时刻，控制所述旁通管路关闭。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤B中，所述旁通管路的开启程度可控，满足发动机进气管处压力高于和排气管处压力,且该两处的压力差低于1kPa。
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