CN106124237B - 瞬态流体热动力试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及瞬态流体热动力试验装置和试验方法。瞬态流体热动力试验装置包括高压流路和低压流路、以及高压流体出口端和低压流体出口端；中压流路，中压流路的中压出口通过第一支路与高压流体出口端流体连通，并通过第二支路与低压流体出口端流体连通；设置高压流路的出口与高压流体出口端之间的第一开关阀；设置在中压出口与高压流体出口端之间的第一单向阀；设置在中压出口与低压流体出口端之间的第二开关阀；设置在低压流路的出口与低压流体出口端之间的第二单向阀。本发明还提供模拟引气压力快速升高和快速下降的方法，在方法中还包括试验件，试验件包括与高压流体出口端流体连通的高压流体调节器；与低压流体出口端流体连通的低压流体调节器。

Description

瞬态流体热动力试验装置

技术领域

本发明涉及一种具有瞬态试验能力的流体热动力试验台及其控制方法，尤其涉及瞬态流体热动力试验装置以及试验方法。

背景技术

航空热动力试验系统主要用于飞机环控系统地面试验，通过调节来自气源供气的压力、流量、温度等参数，模拟供用户方(发动机启动引气、机翼防除冰引气、空调设备供气、冲压空气等)使用的发动机引气，从而对飞机环控系统零部件、组件进行相关实验。传统的航空热动力试验台仅对试件进行稳态试验，即对给定的温度、压力、流量状态进行测试，而不能对试件实现状态变化过程的测试。

为此，对航空热动力试验台进行了改进，可以进行瞬态测试。但是，目前的空气热动力试验台采用前置流量阀门来调节流量，中置加热装置来控制温度，后置单个旁通气动压力调节阀门来调节空气压力，虽然目前该方法已经比较成熟，但是由于加热器热惯性大，温度变化较慢，还有系统压力调节阀门前系统容积大，系统压力建立较慢，瞬态特性不好。

发明内容

为了获得引气的瞬态特性，为此提出了本发明。本发明提供一种瞬态流体热动力试验装置，包括流体源、能够调节压力和温度的高压流路和低压流路、以及高压流体出口端和低压流体出口端，所述高压流路的高压入口连接于所述流体源，而其高压出口与所述高压流体出口端流体连通，所述低压流路的低压入口连接于所述流体源，而其低压出口与所述低压流体出口端流体连通。试验装置还包括：

能够调节压力和温度的中压流路，所述中压流路的中压入口连接于所述流体源，而其中压出口通过第一支路与所述高压流体出口端流体连通，并通过第二支路与所述低压流体出口端流体连通；

截断所述高压出口与所述高压流体出口端流体连通的高压截流装置；

截断所述第一支路与所述高压流体出口端流体连通的第一中压截流装置；

截断所述第二支路与所述低压流体出口端流体连通的第二中压截流装置；

截断所述低压出口与所述低压流体出口端流体连通的低压截流装置。

较佳地，所述高压截流装置包括设置在所述高压出口与所述高压流体出口端之间的第一开关阀；所述第一中压截流装置包括设置在所述中压出口与所述高压流体出口端之间的第一单向阀；所述第二中压截流装置包括设置在所述中压出口与所述低压流体出口端之间的第二开关阀；所述低压截流装置包括设置在所述低压出口与所述低压流体出口端之间的第二单向阀。

较佳地，本发明的瞬态流体热动力试验装置还包括：连接于所述高压出口的高压排空或调节阀；连接于所述中压出口的中压排空或调节阀；连接于所述低压出口的低压排空或调节阀。

较佳地，本发明的的瞬态流体热动力试验装置还包括：设置在所述高压流路中的高压压力调节装置和高压温度调节装置；设置在所述中压流路中的中压压力调节装置和中压温度调节装置；设置在所述低压流路中的低压压力调节装置和低压温度调节装置。

根据本发明，还提供采用如上所述的瞬态流体热动力试验装置模拟引气压力快速升高的方法，在所述方法中还包括试验件，所述试验件包括：与所述高压流体出口端流体连通的高压流体调节器；与所述低压流体出口端流体连通的低压流体调节器；控制装置，所述控制装置设置成根据高压流体出口端和低压流体出口端的压力，选择所述高压流体调节器和所述低压流体调节器择一打开；其中所述方法包括如下步骤：

连接于所述高压流路和所述中压流路的所述第一开关阀和所述第二开关阀处于关闭状态，将所述高压流路和所述中压流路中的流体设置为大流量，将所述低压流路中的流体设置为小流量，此时，只有所述中压流路通过第一支路流体连通于所述试验件的所述高压流体调节器；

打开所述第一开关阀和所述第二开关阀，在所述低压流体调节器打开之前，所述高压流体调节器继续保持打开状态，大流量的所述高压流路通过所述第一开关阀流体连通于所述试验件的所述高压流体调节器，同时所述中压流路中的流体通过所述第二开关阀流向所述试验件的所述低压流体调节器；

所述低压流体调节器在所述中压流路的流体的压力下打开，所述高压流体调节器关闭。

根据本发明，还提供采用如上所述的瞬态流体热动力试验装置模拟引气压力快速下降的方法，在所述方法中还包括试验件，所述试验件包括：与所述高压流体出口端流体连通的高压流体调节器；与所述低压流体出口端流体连通的低压流体调节器；控制装置，所述控制装置设置成根据所述高压流体出口端和所述低压流体出口端的压力，选择所述高压流体调节器和所述低压流体调节器择一打开；其中所述方法包括如下步骤：

连接于所述高压流路和所述中压流路的所述第一开关阀和所述第二开关阀处于打开状态，将所述中压流路和所述低压流路中的流体设置为大流量，将所述高压流路中的流体设置为小流量，此时，只有所述中压流路通过所述第二支路流体连通于所述试验件的所述低压流体调节器；

关闭所述第一开关阀和所述第二开关阀，在所述高压流体调节器打开之前，所述低压流体调节器继续保持打开，大流量的所述低压流路通过所述第二单向阀连通于所述试验件的所述低压流体调节器，同时所述中压流路中的流体通过所述第一单向阀流向所述试验件的所述高压流体调节器；

所述高压流体调节器在所述中压流路的流体的压力下打开，所述低压流体调节器关闭。

较佳地，在上述的各个技术方案中，流体为气体。

因此，本发明，通过设置中间状态流体，通过不同状态流体的直接切换，模拟发动机引气的状态快速变化。

在本发明的瞬态流体热动力试验装置中设置稳定的高压状态的高压流路、设置稳定的中压状态的中压流路、以及设置稳定的低压状态的低压流路，同时，在中压流路、低压流路出口设置单向阀门，通过控制高压流路的开关阀和中压流路的开关阀的方式模拟引气压力的快速变化。

传统系统采用单独调整两路气流的方式，而本发明采用三路气流模拟两路气流的变化，瞬态效果较两路气流的方式好。

附图说明

图1示出根据本发明的瞬态流体热动力试验装置的示意图；

图2是用图1所示的瞬态流体热动力试验装置模拟发动机引气压力快速升高的试验装置的初始状态；

图3是用图1所示的瞬态流体热动力试验装置模拟发动机引气压力快速升高时的试验装置的状态，从而模拟压力快速升高的引气；

图4是用图1所示的瞬态流体热动力试验装置模拟发动机引气压力快速下降的试验装置的初始状态；

图5是用图1所示的瞬态流体热动力试验装置模拟发动机引气压力快速下降时的试验装置的状态，从而模拟压力快速下降的引气；

图6示出了发动机推力快速变大时高压和低压引气的压力随时间的变化。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来进一步描述本发明，从而更清楚地连接本发明的发明原理和有益的技术效果。

术语解释：

高压、中压和低压，限定了不同流体之间的压力关系为：高压＞中压＞低压。

大流量和小流量，限定了不同流体之间的流量关系为：大流量＞小流量。

发动机引气：发动机产生的高压引气和低压引气，可供用户端使用。

P-H调节装置：高压压力调节装置

P-M调节装置：中压压力调节装置

P-L调节装置：低压压力调节装置

T-H调节装置：高压温度调节装置

T-M调节装置：中压温度调节装置

T-L调节装置：低压温度调节装置

V-1阀：高压开关阀

V-2阀：中压开关阀

V-5阀：中压单向阀

V-6阀：低压单向阀

V-12阀：高压释放阀

V-13阀：中压释放阀

V-14阀：低压释放阀

HPV阀：试验件中的高压流体调节器

LPV阀：试验件中的低压流体调节器

PRSOV阀：压力调节和关断阀

系统基本原理

发动机产生的引气包括低压引气和高压引气。通过对发动机高压引气和低压引气的特性进行分析，发现高压引气和低压引气在变化过程中存在压力、温度重叠的区域，如图6所示。随着发动机推力快速变大时，高压引气14和低压引气34的压力随时间变化。图6的横坐标是时间，纵坐标是压力。图6中显示，高压引气14和低压引气34的压力在大约100Psi与200Psi之间有部分是重叠的(参见图6中环形圈)，即在部分区段压力相同。设置中间状态引气，即中压引气，也即图6中高压引气14和低压引气34的压力相同的部分，可使高压引气和低压引气在切换状态的点能够被包含在模拟的变化状态之中，即可满足瞬态试验需求，获得模拟引气的瞬间状态。为此，本发明通过设置中间状态流体，通过不同状态流体的直接切换，模拟发动机引气的状态(压力)的快速变化。

瞬态流体热动力试验装置

如图1所示，该图示出了根据本发明的瞬态流体热动力试验装置，该试验装置能够模拟发动机引气压力的瞬间变化。该装置包括流体源1、高压流路10、中压流路20和低压流路30。高压流路10、中压流路20和低压流路30分别通过高压入口11、中压入口21和低压入口31连接于流体源1。

如图1所示，高压流路10包括P-H调节装置14和T-H调节装置15，通过调节P-H调节装置14和T-H调节装置15，可以控制高压流路10的高压出口12的流体的压力和温度。中压流路20包括P-M调节装置24和T-M调节装置25，通过调节P-M调节装置24和T-M调节装置25，可以控制中压流路20的中压出口22的流体的压力和温度。低压流路30包括P-L调节装置34和T-L调节装置35，通过调节P-L调节装置34和T-L调节装置35，可以控制低压流路30的低压出口32的流体的压力和温度。

根据本发明的瞬态流体热动力试验装置的一个实施例还包括高压流体出口端19和低压流体出口端29。高压流路10的高压出口12通过V-1阀51与高压流体出口端19流体连通，V-1阀51是开关阀，起到连通和断开的作用。中压出口22经第一支路219与高压流体出口端19流体连通，并经第二支路229与低压流体出口端29流体连通。第一支路219中具有V－5阀55，V－5阀55是一单向阀，流体不能从高压到低压反向流动，第二支路229中具有V－2阀52，V－2阀52与V-1阀51相同。低压出口32通过V-6阀56与低压流体出口端29流体连通，V-6阀56与V－5阀55相同。

根据本发明的瞬态流体热动力试验装置的一个实施例还包括连接于高压出口12的高压排空或调节阀512，V-12阀；连接于中压出口22的中压排空或调节阀513，V-13阀；连接于低压出口32的低压排空或调节阀514，V-14阀。V-12阀、V-13阀和V-14可以是相同的阀。

当V-1阀关闭，高压出口12与高压流体出口端19之间处于断开状态，由此截断高压出口12与高压流体出口端19之间的流体连通。此时，由于V-5阀的入口压力大于其出口压力，V-5阀处于打开状态，中压出口22与高压流体出口端19之间流体连通。

当V-1阀打开，高压出口12与高压流体出口端19之间流体连通。此时，高压流路10中的高压流体流向高压流体出口端19，由于V-5阀的入口压力小于其出口压力，V-5阀是单向阀使得中压流体不能通过。即第一支路219处于断开状态，由此截断第一支路219与高压流体出口端19之间的流体连通。

当V-2阀关闭，中压出口22与低压流体出口端29之间处于断开状态，由此截断第二支路229与低压流体出口端29之间的流体连通。此时，由于V-6阀的入口压力大于其出口压力，V-6阀处于打开状态，低压出口32与中压高压流体出口端29之间流体连通。

当V-2阀打开，中压出口22与低压流体出口端29之间流体连通。此时，中压流路20中的中压流体流向低压流体出口端29，由于V-6阀的入口压力小于其出口压力，V-6阀是单向阀使得低压流体不能通过，由此截断低压出口32与低压流体出口端29之间的流体连通。

瞬态流体热动力试验装置的应用

本发明的瞬态流体热动力试验装置的用途是测试试验件4能否在两个入口端口压力不断变化的情况下，选择切换引气入口端口，维持试验件4出口压力稳定。通常切换控制是以低压端压力为依据的，低压端压力低于某一值时，切换到高压入口供气；低压端高于某一值时，切换到低压入口供气；还包括其他，如高压端温度要求等，只要高压引气和低压引气在切换状态的点能够被包含在模拟的变化状态之中，即可满足瞬态试验需求。

如图1所示，根据本发明的瞬态流体热动力试验装置在一个较佳应用中还包括试验件4，该试验件4包括与瞬态流体热动力试验装置的高压流体出口端19流体连通的高压流体调节器41，即HPV阀，与低压流体出口端29流体连通的低压流体调节器44，即LPV阀。其中，HPV阀和LPV阀择一打开，即，HPV阀打开时LPV阀关闭，反之，LPV阀打开时，HPV阀关闭，试验件4在设置在其内的一套控制装置的管理下，根据高压流体出口端19和低压流体出口端29的压力，选择HPV阀和LPV阀中的一个打开。试验件4还包括压力调节和关断阀44，即PRSOV阀，流入HPV阀或LPV阀的流体通过PRSOV阀从试验件4的出口49流出，出口49的流体压力保持恒定。

当用根据本发明的瞬态流体热动力试验装置来模拟发动机引气的瞬间变化时，该试验装置中的流体为气体。

下面结合附图来说明采用如上所述的瞬态流体热动力试验装置模拟引气压力快速升高和引气压力快速下降。

引气压力快速升高

(试验件从高压入口供气切换到低压入口供气)

为了模拟引气压力快速升高，如图2所示，连接于高压流路10和中压流路20的V－1阀和V－2阀处于关闭状态，将高压流路10和中压流路20中的流体(即气体)设置为大流量，将低压流路30中的流体(即气体)设置为小流量，此时，V-5阀为通路状态，因此只有中压流路20通过第一支路219流体连通于试验件4的高压流体调节器，即，HPV阀。

维持如图2所示状态。如图3所示，快速打开V-1阀和V-2阀，19、29端口输出的气体压力快速升高。在低压流体调节器43、即LPV阀打开之前，要继续保持HPV阀处在打开状态，大流量的高压流路10通过V-1阀流体连通于试验件4的HPV阀，同时中压流路20中的流体通过V-2阀流向试验件4的LPV阀，LPV阀在中压流路20的大流量的中压流体的压力下打开，此时试验件会选择HPV阀关闭。流体通过PRSOV阀经过出口49输出。

从试验件4的出口49输出的气体的压力保持恒定，而高压流体出口端19和低压流体出口端29输出的气体则模拟发动机转速提高、引气压力快速升高的工况。

引气压力快速下降

(试验件从低压入口供气切换到高压入口供气)

为了模拟引气压力快速下降，如图4所示，连接于高压流路10和中压流路20的V－1阀和V－2阀处于打开状态，将中压流路20和低压流路30中的流体(即气体)设置为大流量，将高压流路10中的流体(即气体)设置为小流量，此时，V-5阀和V-6阀都为非通路状态，只有中压流路20通过第二支路229流体连通于试验件4的低压流体调节器，即LPV阀。

维持如图4所示状态。如图5所示，快速关闭V-1阀和V-2阀，在HPV阀打开之前，要继续保持LPV阀处于打开状态，大流量的低压流路30通过V-6阀连通于试验件4的LPV阀，同时中压流路20中的流体通过V-5流向试验件4的HPV阀，HPV阀在中压流路20的大流量的流体的压力下打开，则LPV阀在试验件4的控制装置的作用下关闭。流体通过PRSOV阀经过出口49输出。

从试验件4的出口49输出的气体的压力保持恒定，而高压流体出口端19和低压流体出口端29输出的气体则模拟发动机转速减小、引气压力快速降低的工况。

上述示例性的实施例示出了解决本发明要解决的技术问题的技术方案中的一个实施例。在该实施例的示例下，其它符合本发明原理的等效和类似的手段都属于本发明保护的范围中。本发明的发明原理是，利用高压引气和低压引气的压力在部分区段是重叠的，即在该区段高压引气和低压引气的压力是相同的，由此设置中间状态引气，可使高压引气和低压引气在切换状态的点能够被包含在模拟的变化状态之中，由此能够模拟引气压力变化的瞬间状态。

以上实施例中的各个特征还可以根据本发明原理在合理范围内作任意组合，这种组合也落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种瞬态流体热动力试验装置，包括流体源(1)、能够调节压力和温度的高压流路(10)和低压流路(30)、以及高压流体出口端(19)和低压流体出口端(29)，所述高压流路(10)的高压入口(11)连接于所述流体源(1)，而其高压出口(12)与所述高压流体出口端(19)流体连通，所述低压流路(30)的低压入口(31)连接于所述流体源(1)，而其低压出口(32)与所述低压流体出口端(29)流体连通，其特征在于，还包括：

能够调节压力和温度的中压流路(20)，所述中压流路的中压入口(21)连接于所述流体源(1)，而其中压出口(22)通过第一支路(219)与所述高压流体出口端(19)流体连通，并通过第二支路(229)与所述低压流体出口端(29)流体连通；

截断所述高压出口(12)与所述高压流体出口端(19)流体连通的高压截流装置；

截断所述第一支路(219)与所述高压流体出口端(19)流体连通的第一中压截流装置；

截断所述第二支路(229)与所述低压流体出口端(29)流体连通的第二中压截流装置；

截断所述低压出口(32)与所述低压流体出口端(29)流体连通的低压截流装置。

2.如权利要求1所述的瞬态流体热动力试验装置，其特征在于：

所述高压截流装置包括设置在所述高压出口(12)与所述高压流体出口端(19)之间的第一开关阀(51)；

所述第一中压截流装置包括设置在所述中压出口(22)与所述高压流体出口端(19)之间的第一单向阀(55)；

所述第二中压截流装置包括设置在所述中压出口(22)与所述低压流 体出口端(29)之间的第二开关阀(52)；

所述低压截流装置包括设置在所述低压出口(32)与所述低压流体出口端(29)之间的第二单向阀(56)。

3.如权利要求2所述的瞬态流体热动力试验装置，其特征在于还包括：

连接于所述高压出口(12)的高压排空或调节阀(512)；

连接于所述中压出口(22)的中压排空或调节阀(513)；

连接于所述低压出口(32)的低压排空或调节阀(514)。

4.如权利要求3所述的瞬态流体热动力试验装置，其特征在于还包括：

设置在所述高压流路(10)中的高压压力调节装置(14)和高压温度调节装置(15)；

设置在所述中压流路(20)中的中压压力调节装置(24)和中压温度调节装置(25)；

设置在所述低压流路(30)中的低压压力调节装置(34)和低压温度调节装置(35)。

5.如前述权利要求中的任何一项所述的瞬态流体热动力试验装置，其特征在于所述流体为气体。

6.采用如权利要求2－4中任何一项所述的瞬态流体热动力试验装置模拟引气压力快速升高的方法，在所述方法中还包括试验件(4)，所述试验件(4)包括：

与所述高压流体出口端(19)流体连通的高压流体调节器(41)；

与所述低压流体出口端(29)流体连通的低压流体调节器(43)；

控制装置，所述控制装置设置成根据高压流体出口端(19)和低压流体出口端(29)的压力，选择所述高压流体调节器(41)和所述低压流体调节器(43)择一打开；

其特征在于所述方法包括如下步骤：

连接于所述高压流路(10)和所述中压流路（20）的所述第一开关阀(51)和所述第二开关阀(52)处于关闭状态，将所述高压流路(10)和所述中压流路(20)中的流体设置为大流量，将所述低压流路(30)中的流体设置为小流量，此时，只有所述中压流路(20)通过第一支路(219)流体连通于所述试验件(4)的所述高压流体调节器(41)；

打开所述第一开关阀(51)和所述第二开关阀(52)，在所述低压流体调节器(43)打开之前，所述高压流体调节器(41)继续保持打开状态，大流量的所述高压流路(10)通过所述第一开关阀(51)流体连通于所述试验件(4)的所述高压流体调节器(41)，同时所述中压流路(20)中的流体通过所述第二开关阀(52)流向所述试验件(4)的所述低压流体调节器(43)；

所述低压流体调节器(43)在所述中压流路(20)的流体的压力下打开，所述高压流体调节器(41)关闭。

7.如权利要求6所述的模拟引气压力快速升高的方法，其特征在于，所述流体为气体。

8.采用如权利要求2－4中任何一项所述的瞬态流体热动力试验装置模拟引气压力快速下降的方法，在所述方法中还包括试验件(4)，所述试验件(4)包括：

与所述高压流体出口端(19)流体连通的高压流体调节器(41)；

与所述低压流体出口端(29)流体连通的低压流体调节器(43)；

控制装置，所述控制装置设置成根据所述高压流体出口端(19)和所述低压流体出口端(29)的压力，选择所述高压流体调节器(41)和所述低压流体调节器(43)择一打开；

其特征在于所述方法包括如下步骤：

连接于所述高压流路(10)和所述中压流路(20)的所述第一开关阀(51)和所述第二开关阀(52)处于打开状态，将所述中压流路(20)和 所述低压流路(30)中的流体设置为大流量，将所述高压流路(10)中的流体设置为小流量，此时，只有所述中压流路(20)通过所述第二支路(229)流体连通于所述试验件(4)的所述低压流体调节器(43)；

关闭所述第一开关阀(51)和所述第二开关阀(52)，在所述高压流体调节器(41)打开之前，所述低压流体调节器(43)继续保持打开，大流量的所述低压流路(30)通过所述第二单向阀(56)连通于所述试验件(4)的所述低压流体调节器(43)，同时所述中压流路(20)中的流体通过所述第一单向阀(55)流向所述试验件(4)的所述高压流体调节器(41)；

所述高压流体调节器(41)在所述中压流路(20)的流体的压力下打开，所述低压流体调节器(43)关闭。

9.如权利要求8所述的模拟引气压力快速升高的方法，其特征在于，所述流体为气体。