CN105527105B - 用于涡轮发动机的发动机罩在试验台上的绝缘测试 - Google Patents

用于涡轮发动机的发动机罩在试验台上的绝缘测试 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于诸如双流涡轮机的涡轮发动机的测试发动机罩。在地面上的试验台上测试期间，此处的温度条件可能损坏飞行罩，测试罩允许代替飞行发动机罩。测试罩包括碳纤维环氧树脂复合材料的管状壁，以及上游和下游的金属凸缘。为了提供热保护，测试罩包括具有大部分的聚硅氧烷的硅树脂层。该层覆盖壁的整个内表面，以创建屏障。本发明还涉及一种用于涡轮发动机在试验台进行测量的方法，其中涡轮发动机与测试壳体安装在一起。本发明还涉及硅树脂层的使用，从而使在地面上的试验台上的涡轮发动机的试验罩的内部热绝缘。

Description

用于涡轮发动机的发动机罩在试验台上的绝缘测试
技术领域
本发明涉及在地面上的试验台上测试涡轮发动机的领域。更确切地说，本发明涉及一种用于测试安装在静态试验台上的涡轮发动机的专用罩。本发明还涉及一种用于测试地面试验台上的涡轮发动机的方法。
背景技术
试验台用在涡轮发动机的寿命中的不同阶段。实际上，在设计，维护或修理对于涡轮发动机的以下损坏期间，测试阶段是必需的。这些测试允许涡轮发动机的功能和设置的设计和监测的验证。
一般来说，这些测试发生在地面的固定装置上，该固定装置支撑涡轮发动机并且抵抗其的推力。具体的测试发动机罩使用在这种情况下，并且代替在实际飞行条件下使用的涡轮发动机的发动机罩。
专利文献EP1619489A1公开了用于涡轮喷气发动机的陆基开发测试设备。在测试阶段，一次流使用由喷嘴和代替涡轮喷气发动机的普通中心圆锥体的虚拟喷嘴圆锥体限定的环形通路。该虚拟喷嘴圆锥体具有围绕涡轮发动机的中心部分的圆形壁。来自测试的热量会损坏涡轮发动机或测试设备自身。
尽管试验台允许某些飞行条件下的物理模拟，但其不能精确地重现一定高度处的环境温度，也无法提供类似于飞行条件的通风。此外，通风可能被测试罩的形状劣化，这将使涡轮发动机与测试罩之间的空间变热，并且会损坏测试罩或某些部件。
发明内容
技术问题
本发明的目的是解决现有技术所造成的问题中的至少一个。更准确地说，本发明的目的是，在地面试验台上的测试期间，减小涡轮发动机的加热所造成的后果。
技术问题
本发明的目的在于一种用于涡轮发动机的测试发动机罩，旨在涡轮发动机在试验台上的测试期间代替涡轮发动机的飞行发动机罩，测试罩包括的壁具有旨在界定涡轮发动机的环形流的外表面以及相对于外表面的内表面，区别在于，其还包括覆盖壁的内表面并且能够使壁热绝缘的硅树脂层。
根据本发明的一有利实施例，壁由具有诸如环氧树脂基质的有机基质的复合材料制成。
根据本发明的一有利实施例，复合材料包括碳纤维和/或玻璃纤维，在适用情况下，复合材料包括具有成堆的纤维层的分层预成型件，成堆的纤维层具有玻璃纤维层和碳纤维层。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂层覆盖大部分的壁，优选地，壁由硅树脂层完全覆盖。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂层按质量包括至少30％，优选地至少50％的聚硅氧烷。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂层包括石英，在适用情况下按质量包括低于20％的石英。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂层包括交联剂，在适用情况下，按质量包在2％至20％之间。
根据本发明的一有利实施例，壁是圆形的并且由两个半壳形成，壳体包括用于固定至彼此的附接的轴向固定凸缘，或者壁一体式地形成；在这些例子中，壁或每个半壳由一种材料制成。
根据本发明的一有利实施例，测试罩包括穿过或径向绕过壁的诸如电线的电连接件，在适用的情况下，电连接件在壁与硅树脂层之间延伸。
根据本发明的一有利实施例，测试罩包括诸如压力传感器和/或温度传感器的传感器，优选地，传感器与硅树脂层接触。
根据本发明的一有利实施例，测试罩在壁的每个上游和下游端部处包括圆形或弧形凸缘，优选地，至少一个或每个凸缘由金属制成，并且经由朝内侧径向延伸的固定销来固定至壁。
根据本发明的一有利实施例，至少一个或每个凸缘包括具有依据壁的内表面的第一圆形或弧形部分，以及延伸与壁的外表面齐平的壁的第二弧形或圆形部分，从而引导涡轮发动机的环形流。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂层具有的厚度在1.00mm至10.00mm之间，优选地，在3.00mm至6.00mm之间。
根据本发明的一有利实施例，内表面和外表面沿壁的厚度的相对的表面。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂层由罩的凸缘界定。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂层布置在壁与至少一个或每个传感器之间。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂包括硅。
根据本发明的一有利实施例，每个固定凸缘轴向地限定壁。
根据本发明的一有利实施例，轴向凸缘，在适用情况下从壁的外表面，朝壁的外侧径向地延伸。
根据本发明的一有利实施例，壁具有的厚度大于4.00mm，优选地，大于6.00mm，更优选地，大于8.00mm，在适用的情况下大于10.00mm或15.00mm。壁的较大厚度增加了其强度，这提供了能够将测试设备附接至其或更好地抵抗振动的优点。固定允许进行钻孔以创造锚定点。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂层和/或壁具有恒定的厚度。
本发明的目的还在于一种用于在试验台上进行测试涡轮发动机、尤其是涡轮喷气发动机或者涡轮螺旋桨发动机的方法，该方法包括以下步骤：(b)将测试发动机罩安装在涡轮发动机上，测试罩包括具有围绕涡轮发动机的内表面的壁；(c)将涡轮发动机固定至试验台；(d)在试验台上的测试涡轮发动机；区别在于，测试罩包括覆盖壁的内表面并且能够使壁热绝缘的硅树脂层。
根据本发明的一有利实施例，在步骤(c)、涡轮发动机的固定期间，测试罩固定至试验台，在适用的情况下，试验台包括具有与测试罩协作的固定工具的适配器。
根据本发明的一有利实施例，测试罩在壁的每个上游和下游端部处包括圆形或弧形凸缘，在步骤(b)、安装测试罩期间，至少一个或每个圆形或弧形凸缘与涡轮发动机接触，在适用情况下圆形接触。
根据本发明的一有利实施例，在步骤(b)、测试罩安装期间，硅树脂层在大部分壁的轴向长度上、优选地在其整个长度上围绕涡轮发动机。
根据本发明的一有利实施例，在步骤(b)、测试罩安装期间，至少一个或每个凸缘的接触、在适用情况下圆形接触，是轴向和/或径向的。
根据本发明的一有利实施例，该方法包括飞行罩在涡轮发动机上取出的步骤和/或重新安装的步骤。
根据本发明的一有利实施例，测试罩比飞行罩更重。
根据本发明的一有利实施例，测试罩的壁比飞行罩的壁更厚和/或更重。
本发明的目的还在于，一种在涡轮发动机在试验台上测试期间用于所述涡轮发动机的测试发动机罩的壁的内表面热绝缘的硅树脂的应用。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂按质量包括至少30％、优选地至少50％、在适用情况下至少70％的聚硅氧烷。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂形成硅树脂层，硅树脂层包括在适用情况下按质量低于20％的石英。
根据本发明的一有利实施例，硅树脂形成硅树脂层，硅树脂层包括在适用情况下按质量在2％至20％之间的交联剂。
提供的优点
本发明提供了一种在壁上的特定涂层。其允许不同材料的组合，充分利用了各自特定的优点；其包括聚硅氧烷的机械强度、耐热性，以及热容量。壳体与涡轮发动机之间的空间可能会达到350℃以上的温度，而壳体或各壳体并没有遭到危害。硅树脂组合物可避免壁的肿胀和/或脱离现象。
壁的内表面可以完全由硅树脂层覆盖，并且可选地由圆形和/或轴向凸缘覆盖。因此，壳体，尤其是壁设置有提供集成机械、化学和热保护的屏障、紧密膜。
附图说明
图1示出了用于轴流式涡轮发动机的根据本发明的试验台。
图2是根据本发明的测试壳体的半壳的剖视图。
图3是根据本发明的测试壳体的半壳沿图2上标记的线3-3的剖视图。
图4示出了一种用于测试涡轮发动机的根据本发明的方法的方框图。
具体实施方式
在以下的描述中，术语“内部”或“内部的”以及“外部”或“外部的”是指相对于轴流式涡轮发动机的旋转轴线的位置。
图1示出了用于诸如涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机，尤其是双流动涡轮机的轴流式涡轮发动机4的试验台2的简化形式。
试验台2可以容纳在包括通道6的构造中的地面试验台2，涡轮发动机4在通道中进行测试；仅示出了通道的一部分。在测试期间，涡轮发动机4与存在于通道6中的空气一起工作，其在空气上游吸入并且在下游排出。通过注射薄雾、转移空气上游的轴线，以及将其加速，器件可以允许试验条件的修改。试验台2包括框架8或适配器8，涡轮发动机4通过悬挂件在航行器的翼下面以固定的方式固定至框架或适配器。作为一个选项，可添加入口套筒10来定向、引导，以及均质化进入涡轮发动机的流。
在本发明的一个替代方案中，试验台可以是在露天的，并且可以包括固定至地面的竖直支柱。该支柱通过水平横片横向地延伸。横片可以包括涡轮发动机固定至其上的下降臂，该臂布置在支柱的对置水平端部。
涡轮发动机包括风扇12、称为低压压缩机14的第一压缩水平14、称为高压压缩机16的第二压缩水平16、燃烧室18，以及涡轮机20的一个或多个水平。在操作期间，风扇12产生的空气流，该空气流分成穿过涡轮发动机4的上述不同水平的一次流22以及沿机器穿过环形管道以便随后与离开涡轮机20的一次流22再结合的二次流24。流由发动机壳体或发动机罩来引导。其具有圆形、环形，或大致管状的形式以限定一次流22与二次流24的内侧和外侧。
就执行测试的目的，涡轮发动机的某些元件由测试设备来代替。尤其是，飞行发动机罩可以由适于容许涡轮发动机4的测试条件的测试发动机罩26来代替。该测试罩26可以用于包围燃烧室18和/或高压涡轮机20。该罩26可以用于限定二次流24的内部。
测试罩26的使用提供了其它的优点。由于较大的厚度，允许使用的罩具有较强的机械和热性能。事实上，测试的一个目的是，在出现事故风险的情况下，诸如，叶片的损失，产生100克的振动情况下，得到涡轮发动机4的极限。可能会发生其它事故，例如，可能会损坏某些设备的热空气采样管的破损，或可以产生火的燃料管的破损。在破坏的情况下，测试罩26的损失低于飞行罩的值，这是因为测试是较少的；在适用的情况下，材料和生产工艺成本较低。有利地，测试罩26设计成比飞行罩更强，以便精确地抵抗测试期间可能遇到的事故。壁厚度的增加便于传感器或任何必要的设备的固定。
图2示出了图1所示的测试发动机罩26的剖面。测试罩26可以由两个半壳制成，此处仅示出了其中的一个。涡轮发动机27的旋转轴由虚线示出。
此处的测试罩26具有圆形的形式。其包括可能是圆形、大致管状或作为尖拱的壁28。当涡轮发动机驱动飞行中的航行器时，测试罩26的外表面30，尤其是其壁，与通常安装在涡轮发动机上的飞行罩的外表面，尤其是其壁相同。
测试罩26包括至少一个圆形或弧形凸缘32。有利地，每个凸缘32是金属的，其由钛、钢，或铝制成，该材料被选为加强和加固壁28，同时提供耐热性。由于凸缘32与燃烧室或涡轮机的水平处的涡轮发动机接近或接触，此耐热性是重要的。有利地，凸缘32布置在壁28的每个轴向端部，以下的其在弧形部分上。凸缘32由朝凸缘和壁28的内侧突出的销34来固定。
至少一个或每个凸缘32具有异形截面的形式，其轮廓具有沿壁28的内表面38的第一部分36，以及延伸壁32的第二部分40。在适用的情况下，第二部分40与壁的外表面30齐平；其各自的外表面可以是相切或连续的。以这种方式，第二部分40有助于引导涡轮发动机的二次流24，而不产生湍流。
测试壁28可以通过模制来制造。其可以由聚合物材料来制造，诸如，具有有机基质的复合材料。该复合材料可包括具有成堆的碳纤维层和/或玻璃纤维层的纤维预成型件。如复合方面的模制便于生产罩26，尤其是其壁28。所选的材料和工艺简化了复杂曲线的制造而不增加成本。这些选择提供制造非常精确的表面的优点，如飞行罩的外表面一样精确。效果是能够制造符合与飞行罩的测试罩26，并且指导以相同的形式引导流。因此，测试的几何形状不破坏测试条件并且尽可能的符合实际条件。
测试罩26还包括硅树脂层42。该硅树脂层覆盖壁28的内表面38，优选地覆盖整个表面，在适用的情况下，是圆形或弧形凸缘32之间的整个表面。硅树脂层具有的厚度可以是恒定的。其导热系数可以小于壁材料的导热系数。层42可环绕燃烧室和高压涡轮机或可能损坏壁28的任何其它热源。这样做的优点是防止壁28的热分解。壳体包括形成在硅树脂层42上的径向内表面。该层42还可以形成防止从压缩机、涡轮机，或燃烧室突起、爆炸的机械保护件。
硅树脂层42可以通过在多次扫扫射的喷射来施加。硅树脂层42可具有0.1mm至20mm之间的总厚度，合适地等于5mm。该层的硅树脂可以包括按质量至少10％，优选至少30％，更优选至少60％的聚硅氧烷；在适用的情况下，聚硅氧烷是聚二甲基硅氧烷。硅树脂层可以包括按质量小于20％的石英(二氧化硅)和/或20％至2％之间的交联剂(reticulants)，和/或按质量小于2％的甲基三，和/或按质量至少2％的乙基三乙酰氧基硅烷(ethyltriacetoxysilane)。这样的硅树脂对于本领域的技术人员来说是公知的；可以使用Bluestar Silicones France S.A.S.公司的产品CAF8。
图3示出了测试壳体沿图2上标记的线3-3的剖面。在背景中示出了下游半圆形凸缘32。
测试壳体26可以包括两个附接的轴向固定凸缘44，其沿两个半壳的分离面延伸。附接的凸缘44允许两个半壳通过经由特定的固定工具的固定来接合。附接的凸缘44可以是金属的，可以如半圆形凸缘32。外壳包括径向延伸壁28的轴向凸缘46，该凸缘有可能由具有壁28的一种材料制成。各附接的凸缘44被镀、固定至外壳26的轴向凸缘46，并且固定至彼此。其可以界定硅树脂层42，使得壁28从一个附接的凸缘44到另一个凸缘被完全地覆盖。尤其是，硅树脂层42可以与壁覆盖由一种材料制成的凸缘46。
测试壳体26可以包括传感器50，用于在测试期间监测涡轮发动机的操作条件。诸如热电偶的温度计和压力传感器可以集成在一起。至少一个或每个传感器50与在传感器与壁28之间形成中间元件的硅树脂层42接触。在适用的情况下，至少一个传感器50由硅树脂层42覆盖。另外可以提供火灾传感器。因此，测试壳体26允许集成飞行罩不能接收的传感器50，优点是进一步获得例如在燃烧室上的测试数据。
此外，测试罩26具有连接件52，用于传感器50的电连接件52。这些连接件52可以包括径向穿过壁28的导线或插头。其还可以是具有热和电绝缘护套的导线，其穿过壁或沿其运行。导线可以由硅树脂层42覆盖。壁28可以包括用于导线的通路的开口；在其提供的情况下，开口由硅树脂层密封。
图4示出了用于测试具有测试发动机罩的轴流式涡轮发动机的方法，测试发动机罩可以与先前附图中所描述的罩相同。类似地，测试的涡轮发动机可以对应于图1中描述的涡轮发动机。
该方法还可以包括以下步骤序列，在适用情况下以下列顺序来执行：
(a)待测涡轮发动机的提供和/或制造100，诸如双流或三流涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机；
(b)在涡轮发动机上测试发动机罩的安装102，该测试罩包括的壁具有围绕涡轮发动机的内表面；
(c)涡轮发动机至试验台的固定104；
(d)在试验台上涡轮发动机106的测试106；
(e)涡轮发动机的拆卸108。
有利地，测试罩包括覆盖壁的内表面的硅树脂层，以便使壁热绝缘。
在步骤(a)、提供和/或制造100期间，涡轮发动机可以包括飞行发动机罩，其在步骤(b)的开始是要取出，安装102测试发动机罩。
罩在壁的每个上游和下游端部包括圆形或弧形凸缘，在步骤(b)、安装102期间，至少一个或每个圆形凸缘可以与涡轮发动机接触，适用圆形接触，和/或可以固定至涡轮发动机。接触和/或固定可以倚靠诸如高压涡轮机的涡轮机。在步骤(b)、安装102期间，硅树脂层可以在大部分壁的轴向长度上，优选地在其整个长度围绕涡轮发动机。
在步骤(c)、涡轮发动机的固定104期间，测试罩可以固定至试验台。在适用的情况下，试验台包括具有与测试罩协作的固定工具的适配器。
在步骤(e)、拆卸106期间，测试罩被取出，并且飞行罩重新安装。测试罩可以用于另一涡轮发动机上的另一测试，或者相同涡轮发动机上的将来的测试。关于本发明，拆解106步骤(e)是可选的，正如提供和/或制造100的步骤(a)。在提供另一涡轮发动机之间，可以执行步骤(b)安装102、(c)固定104、(d)测试106的若干次循环。类似地，若干次步骤(b)、安装102，可以连续地方式或在方法期间执行，因为若干个测试壳体可能沿涡轮发动机安装。根据本发明，可能颠倒步骤(b)安装102和步骤(c)固定104的顺序，因为测试壳体固定至试验台之后，其也可以安装在涡轮发动机上。

Claims (18)

1.一种涡轮发动机，包括：
至少一个压缩机、燃烧室和至少一个涡轮机；
环形压缩机壳体，其至少部分地包围至少一个压缩机；
环形涡轮机壳体，其至少部分地包围至少一个涡轮机；
测试发动机罩(26)，旨在所述涡轮发动机(4)在试验台(2)上的测试期间，代替所述涡轮发动机(4)的飞行发动机罩，所述测试发动机罩完全包围燃烧室，所述测试发动机罩位于环形压缩机壳体的下游和环形涡轮机壳体的上游，所述测试发动机罩包括
壁(28)，具有旨在界定所述涡轮发动机(4)的环形流(24)的外表面(30)以及相对于所述外表面(30)的内表面(38)，
硅树脂层(42)，覆盖所述壁(28)的内表面(38)并且能够使所述壁(28)热绝缘的硅树脂层(42)，
圆形或弧形凸缘(32)，在所述壁(28)的每个上游和下游端部处，并且其中，每个凸缘(32)包括具有依据所述壁(28)的内表面(38)的第一圆形或弧形部分(36)，以及延伸与所述壁的外表面(30)齐平的所述壁(28)的第二圆形或弧形部分(40)，从而引导所述涡轮发动机(4)的环形流(24)，并且其中，所述硅树脂层(42)从上游凸缘的第一圆形或弧形部分轴向地延伸至下游凸缘的第一圆形或弧形部分。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机，其特征在于，所述硅树脂层(42)具有的厚度在3.00mm至6.00mm之间。
3.根据权利要求1或2所述的涡轮发动机，其特征在于，所述壁由具有碳纤维和/或玻璃纤维的复合材料制成。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述硅树脂层(42)覆盖大部分的所述壁(28)。
5.根据权利要求1至2中的任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述硅树脂层(42)按质量包括至少50％的聚硅氧烷。
6.根据权利要求1至2中的任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述硅树脂层(42)包括石英，按质量总量低于20％。
7.根据权利要求1至2中的任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述硅树脂层包括交联剂，按质量在2％至20％之间。
8.根据权利要求1至2中的任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，所述壁(28)是圆形的并且由两个半壳形成，每个半壳包括用于固定至另一个半壳的轴向固定凸缘(44)的轴向固定凸缘(44)。
9.根据权利要求1至2中的任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，其包括穿过所述壁(28)并且在所述壁与所述硅树脂层(42)之间延伸的电连接件(52)。
10.根据权利要求9所述的涡轮发动机，其特征在于，所述电连接件(52)是电线。
11.根据权利要求1至2中的任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，其包括与所述硅树脂层(42)接触的传感器(50)。
12.根据权利要求11所述的涡轮发动机，其特征在于，所述传感器(50)是压力传感器和/或温度传感器。
13.根据权利要求1至2中的任一项所述的涡轮发动机，其特征在于，至少一个或每个凸缘(32)由金属制成，并且经由朝内侧径向延伸的固定销(34)固定至所述壁(28)。
14.根据权利要求1至2中任一项所述的涡轮发动机，其中，所述测试发动机罩经由所述上游和下游凸缘(32)的相应的第二圆形或弧形部分(40)附接到所述环形压缩机壳体和所述环形涡轮机壳体。
15.一种用于在试验台(2)上测试涡轮发动机(4)的方法，该涡轮发动机包括至少一个压缩机，该压缩机下游的燃烧室和该燃烧室下游的至少一个涡轮机；环形压缩机壳体至少部分地包围至少一个压缩机；环形涡轮机壳体至少部分地包围至少一个涡轮机；飞行发动机罩轴向地包围燃烧室，所述方法包括以下步骤：
(b)(102)在所述涡轮发动机上用测试发动机罩(26)替换所述飞行发动机罩，所述测试发动机罩包括具有围绕所述燃烧室的内表面(38)的壁(28)和燃烧室和旨在限制涡轮发动机(4)的环形流(24)的外表面(30)；
(c)(104)将所述涡轮发动机(4)固定至所述试验台(2)；
(d)(106)在所述试验台(2)上测试所述涡轮发动机(4)；
其特征在于，所述测试发动机罩包括
覆盖所述壁(28)的内表面(38)并且能够使所述壁(28)热绝缘的硅树脂层(42)，
在所述壁(28)的每个上游和下游端部处的圆形或弧形凸缘(32)，并且其中，每个凸缘(32)包括具有依据所述壁(28)的内表面(38)的第一圆形或弧形部分(36)，以及延伸与所述壁的外表面(30)齐平的所述壁(28)的第二圆形或弧形部分(40)，从而引导所述涡轮发动机(4)的环形流(24)，并且其中，所述硅树脂层(42)从上游凸缘的第一圆形或弧形部分轴向地延伸至下游凸缘的第一圆形或弧形部分。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述测试发动机罩经由所述上游和下游凸缘(32)的相应的第二圆形或弧形部分(40)附接到所述环形压缩机壳体和所述环形涡轮机壳体。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述硅树脂层(42)具有的厚度在3.00mm至6.00mm之间。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，在步骤(c)、所述涡轮发动机(4)的固定(104)期间，所述测试发动机罩(26)固定至所述试验台(2)。
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