CN106404407B - 可调扇形板流场畸变模拟器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空涡轮发动机技术领域，具体涉及一种航空涡轮发动机试验用进气流场畸变模拟装置，特别是指一种可调扇形板流场畸变模拟器。本发明畸变模拟器应用于发动机抗进气畸变试验和发动机逼喘试验，与现有的畸变模拟器相比，本装置具有如下优点：根据涡扇发动机的使用需求，该可调畸变模拟器采用可调扇形板方式，扇形板角度可调。该结构形式在国内为首次使用；使用机械传动来改变畸变模拟的状态，该装置的结构形式和密封性能优于目前其他形式的可调模拟器；试验效率高，一次试验可完成多个发动机进气畸变状态的试验，能够有效降低试验成本。

Description

可调扇形板流场畸变模拟器
技术领域
本发明属于航空涡轮发动机技术领域，具体涉及一种航空涡轮发动机试验用进气流场畸变模拟装置，特别是指一种可调扇形板流场畸变模拟器。
背景技术
稳定性是航空涡轮发动机的重要指标之一，对发动机稳定性影响最大的外部降稳因子是压力畸变。当前国内广泛采用板模拟方法为发动机进/发匹配试验提供压力畸变流场，最常用的方法是在发动机上游安装一个板模拟装置，气流通过板形成低压区，板的边缘形成紊流，在发动机进口产生周向的总压畸变和紊流度，以求在发动机前模拟某一状态下的进气道出口流场特点，来进行进气道和发动机的相容性试验。目前，普遍使用的压力畸变流场模拟装置有两大类：固定式畸变模拟器和可移动畸变模拟器。
对于固定式畸变模拟器存在如下不足：
1、为达到指定畸变指数和进行发动机逼喘试验往往需要对不同堵塞比的板进行多轮尝试，消耗了大量人力物力，工作效率低；
2、安装操作复杂，每次改变畸变模拟状态都需要拆装畸变模拟板，重新进行密封处理；由于一次试验只能做一个畸变状态的试验，完成一套畸变模拟器的全部标定试验需要时间较长，试验成本较高。
对于可移动畸变模拟器，较为典型的有两种，第一种如国内《燃气涡轮试验与研究》2006年第1期中《可移动板式压力畸变发生器的设计与试验》文章中提到的畸变发生器，存在如下不足：
1液压控制系统复杂，模拟装置体积庞大，建设成本和使用维护成本高；
2液压系统每次试验都要全面系统检查，试验准备时间长；
3传动位移精度低。
第二种如普通发明专利“电动可调畸变模拟装置”(专利号ZL200610056155.2)，存在如下不足：
1电动推杆传动箱体积较大，空间利用率低，使畸变模拟器模的使用受到一定限制；
2模拟板在空间的轴向和定位难以保证，无法保证模拟板在流道内部的垂直度。
无论是第一种还是第二种可移动畸变模拟器，其核心装置模拟板多采用板式，板形状基本为弦月板或是月牙板，该类形式的模拟板优点是能够产生足够强的综合畸变度，但是针对轴向空间小的发动机试验管路，由于其产生畸变能力较强，板后气流掺混慢，对回流程度相应增加，对总压场测量准确性不利的影响，对发动机工作不利。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是：为满足涡扇发动机抗进气畸变试验和发动机逼喘试验需求，需提供一种符合使用需求的压力畸变流场的模拟装置，要求在小空间范围内完成模拟器的设计，要求模拟器的畸变指数连续可调，模拟精度尽可能高，模块化设计，操作方便，通用性好、试验效率高且扇形板易于拆卸，可根据需求更换不同面积的扇形板。另外需要在短的轴向空间内，模拟板后的气流掺混迅速，在短的距离内实现气流的平行流动，提高总压场的测量精度，保证畸变气流进入发动机进口截面为平行流动。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种可调扇形板流场畸变模拟器，其包括：控制器1、电机组件2、管路组件3、箱体组件4、观察窗5、扇形模拟板6、支架7、传动齿轮8、弧形齿轮9、弧形导轨10；其中，
所述箱体组件4下部开有贯通腔，用于固定设置管路组件3，所述箱体组件4上部固定安装所述电机组件2，所述电机组件2分别与传动齿轮8和控制器1连接；
所述管路组件3上端开有弧形槽，所述箱体组件4贯通腔上端对应所述弧形槽的部位固定设置有弧形导轨10，弧形导轨10上设置有可沿弧形导轨10左右移动的弧形齿轮9；所述传动齿轮8与弧形齿轮9啮合；
所述管路组件3内部中空，中空内部设置有扇形模拟板6，所述扇形模拟板6外边缘通过支架7设置于管路组件3内表面上；
所述扇形模拟板6设置为包括多片相同长度、共轴心且相互连接的扇形叶片，该多片扇形叶片末端均伸出管路组件3上端的弧形槽，所述该多片扇形叶片未工作状态下叠拢设置，在工作过程中通过展开控制从而覆盖一定区间范围内遮蔽面积；所述多片扇形叶片中，某一方向上最外侧的一片扇形叶片，即所述扇形模拟板6外边缘通过支架7设置于管路组件3内表面上，同时该方向上最内侧的一片扇形叶片穿过弧形槽与弧形齿轮9固定连接；
在试验过程中，所述控制器1发送控制信号控制电机组件2通过传动齿轮8带动弧形齿轮9沿弧形导轨10运动，弧形齿轮9带动所连接的模拟扇形板6的一片扇形叶片周向运动，从而该一片扇形叶片带同模拟扇形板6的其余扇形叶片依次展开，达到控制信号对应的遮蔽面积，该状态下采集位置信号传递到控制器1进行数据显示；试验人员根据控制器1显示结果和畸变调节要求完成相应的状态调节。
(三)有益效果
本发明畸变模拟器应用于发动机抗进气畸变试验和发动机逼喘试验，与现有的畸变模拟器相比，本装置具有如下优点：
(1)根据涡扇发动机的使用需求，该可调畸变模拟器采用可调扇形板方式，扇形板角度可调。该结构形式在国内为首次使用；
(2)使用机械传动来改变畸变模拟的状态，该装置的结构形式和密封性能优于目前其他形式的可调模拟器；试验效率高，一次试验可完成多个发动机进气畸变状态的试验，能够有效降低试验成本。
(3)自动化程度高、操作简单，通过控制系统来改变畸变模拟状态，试验过程中可根据需要改变，大大减少了工作人员的劳动强度；
(4)安全性能好，可有效的限制扇形板后流场。关键设备处设置有观察窗口，易于监控设备状态。
附图说明
图1为本发明可调扇形板式流场畸变模拟器外部结构示意图。
图2为本发明可调扇形板式流场畸变模拟器中进气畸变管路的正视图。
图3为本发明可调扇形板式流场畸变模拟器中进气畸变管路的剖面结构示意图。
图中：1.控制器；2.电机组件；3.管路组件；4.箱体组件；
5.观察窗；6.扇形模拟板；7.支架；8.传动齿轮；
9.弧形齿轮；10.弧形导轨。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
可调压力畸变模拟器是涡扇发动机稳定性评定试验中的一项关键装置，模拟板是该装置的核心零件，模拟板可以比较真实地模拟给定条件下发动机进口截面的总压畸变，气流通过模拟板形成低压区，板的边缘形成紊流，通过改变扇形板角度来改变发动机进口产生周向的总压畸变和紊流度，以求在发动机前模拟某一状态下的进气道出口流场特点，用于发动机连管抗进气畸变试验和逼喘试验。
基于该思路，如图1-图3所示，本发明提供一种可调扇形板流场畸变模拟器，其包括：控制器1、电机组件2、管路组件3、箱体组件4、观察窗5、扇形模拟板6、支架7、传动齿轮8、弧形齿轮9、弧形导轨10；其中，
所述箱体组件4下部开有贯通腔，用于固定设置管路组件3，所述箱体组件4上部固定安装所述电机组件2，所述电机组件2分别与传动齿轮8和控制器1连接；
所述管路组件3上端开有弧形槽，所述箱体组件4贯通腔上端对应所述弧形槽的部位固定设置有弧形导轨10，弧形导轨10上设置有可沿弧形导轨10左右移动的弧形齿轮9；所述传动齿轮8与弧形齿轮9啮合；
所述管路组件3内部中空，中空内部设置有扇形模拟板6，所述扇形模拟板6外边缘通过支架7设置于管路组件3内表面上；
所述扇形模拟板6设置为包括多片相同长度、共轴心且相互连接的扇形叶片，该多片扇形叶片末端均伸出管路组件3上端的弧形槽，所述该多片扇形叶片未工作状态下叠拢设置，在工作过程中通过展开控制从而覆盖一定区间范围内遮蔽面积；所述多片扇形叶片中，某一方向上最外侧的一片扇形叶片，即所述扇形模拟板6外边缘通过支架7设置于管路组件3内表面上，同时该方向上最内侧的一片扇形叶片穿过弧形槽与弧形齿轮9固定连接；
在试验过程中，所述控制器1发送控制信号控制电机组件2通过传动齿轮8带动弧形齿轮9沿弧形导轨10运动，弧形齿轮9带动所连接的模拟扇形板6的一片扇形叶片周向运动，从而该一片扇形叶片带同模拟扇形板6的其余扇形叶片依次展开，达到控制信号对应的遮蔽面积，该状态下采集位置信号传递到控制器1进行数据显示；试验人员根据控制器1显示结果和畸变调节要求完成相应的状态调节。
综上，本发明提供一种可调扇形板流场畸变模拟器，使其畸变指数连续可调，通过一定角度的扇形板遮蔽流道内的局部区域，其堵塞比达到0到0.3之间的任意值，对流经进气管道的气流造成扰动，从而在下游发动机进口处产生“稳态+紊流”的动态畸变流场，畸变强度连续可调，通过对模拟器扇形板的气动设计优化，达到需要的畸变流场和畸变指数。
该可调扇形板式流场畸变模拟器包括畸变模拟器、传动系统、控制系统三部分组成。
畸变模拟器由箱体组件、管路组件和畸变扇形板组成，畸变模拟扇形板可调节角度。传动系统采用机械传动方式，通过电机带动齿轮传动使得扇形畸变模拟器沿圆心转动。控制系统由伺服电机和控制器组成。
畸变扇形模拟板在传动系统的驱动下，在进气畸变管路中沿中心移动调节扇形面积，扇形板通过伺服电机和传动齿轮的控制进行开合。伺服电机自带反馈，通过伺服电机自身的反馈信号，控制扇形板板的开启角度。根据控制器的显示结果和畸变调节要求完成相应的状态调节，从而达到改变发动机进气流场畸变度的目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种可调扇形板流场畸变模拟器，其包括：控制器(1)、电机组件(2)、管路组件(3)、箱体组件(4)、观察窗(5)，其特征在于，其还包括：扇形模拟板(6)、支架(7)、传动齿轮(8)、弧形齿轮(9)、弧形导轨(10)；其中，
所述箱体组件(4)下部开有贯通腔，用于固定设置管路组件(3)，所述箱体组件(4)上部固定安装所述电机组件(2)，所述电机组件(2)分别与传动齿轮(8)和控制器(1)连接；
所述管路组件(3)上端开有弧形槽，所述箱体组件(4)贯通腔上端对应所述弧形槽的部位固定设置有弧形导轨(10)，弧形导轨(10)上设置有可沿弧形导轨(10)左右移动的弧形齿轮(9)；所述传动齿轮(8)与弧形齿轮(9)啮合；
所述管路组件(3)内部中空，中空内部设置有扇形模拟板(6)，所述扇形模拟板(6)外边缘通过支架(7)设置于管路组件(3)内表面上；
所述扇形模拟板(6)设置为包括多片相同长度、共轴心且相互连接的扇形叶片，该多片扇形叶片末端均伸出管路组件(3)上端的弧形槽，所述该多片扇形叶片未工作状态下叠拢设置，在工作过程中通过展开控制从而覆盖一定区间范围内遮蔽面积；所述多片扇形叶片中，某一方向上最外侧的一片扇形叶片，即所述扇形模拟板(6)外边缘通过支架(7)设置于管路组件(3)内表面上，同时该方向上最内侧的一片扇形叶片穿过弧形槽与弧形齿轮(9)固定连接；
在试验过程中，所述控制器(1)发送控制信号控制电机组件(2)通过传动齿轮(8)带动弧形齿轮(9)沿弧形导轨(10)运动，弧形齿轮(9)带动所连接的模拟扇形板(6)的一片扇形叶片周向运动，从而该一片扇形叶片带同模拟扇形板(6)的其余扇形叶片依次展开，达到控制信号对应的遮蔽面积，该状态下采集位置信号传递到控制器(1)进行数据显示；试验人员根据控制器(1)显示结果和畸变调节要求完成相应的状态调节。
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