CN106441837B - 一种航空发动机燃油喷嘴自动测试系统 - Google Patents

Abstract

一种航空发动机燃油喷嘴自动测试系统。其包括底座、移动平台、低速大扭矩直流电机、丝杠、两个气缸支撑座、两个可调行程气缸、两个压力传感器支撑臂、两个压力传感器、超声测距传感器发射端、超声测距传感器接收端、丝杠支撑座、第一电机支撑臂、直流电机、喷嘴旋转臂、喷嘴固定件、流量计、泵、储液罐、第二电机支撑臂、步进电机、高速摄像机旋转臂、高速摄像机、分布式控制系统、激光测距传感器、水平传感器。本发明可自动测试喷嘴压力、喷射角度和喷射模型等主要性能参数，能够避免人为原因所导致的“误检”，降低机务维护人员的工作强度；可大大提高检测效率，有效减低发动机整机检测时间，进而降低航空公司的运营成本。

Description

一种航空发动机燃油喷嘴自动测试系统

技术领域

本发明属于航空发动机部件测试技术领域，特别是涉及一种航空发动机燃油喷嘴自动测试系统。

背景技术

安全是民航永恒的主题，也是民航一切工作的重中之重。航空发动机作为飞机的“心脏”，是民航飞行安全的重要保证。

燃油喷嘴是航空发动机的重要部件，其主要功能是根据发动机不同的工作状态，供给燃烧室合适数量、具有良好雾化质量的燃油。其中燃油喷嘴的射程、压力、喷射角度和喷射模型是保证发动机推力要求、影响燃烧效率和性能的主要指标。

近年来，我国航空运输需求强劲，行业发展迅速，预计到“十三五”末，运输机场将有270个左右，运输飞机有4600架左右，通用飞机有5000架左右，民航机队规模总数近万架。而随着机队规模不断扩大，航空发动机的维护工作量必然成倍增长。

在航空发动机部件检测中，燃油喷嘴的性能检测十分重要。但是，目前国内航空公司和发动机维修企业主要采用人工手动检测的方式对燃油喷嘴进行性能测试，这样不仅检测效率低且容易出现“误检”，同时也导致发动机整机检测时间过长，直接增加了航空公司的运营成本。

随着自动化检测技术的迅速发展，中国逐渐进入“工业4.0时代”。在机械制造、汽车行业、航空航天等多个领域，自动化检测技术已成为国际公认的先进制造技术和新产品研发的辅助手段。采用航空发动机燃油喷嘴自动测试系统，可避免人为原因所导致的“误检”，降低机务维护人员的工作强度；可大大提高检测效率，有效减低发动机整机检测时间，进而降低航空公司的运营成本。但目前尚缺少这样的系统。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种航空发动机燃油喷嘴自动测试系统。

为了达到上述目的，本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统包括：底座、移动平台、低速大扭矩直流电机、丝杠、两个气缸支撑座、两个可调行程气缸、两个压力传感器支撑臂、两个压力传感器、超声测距传感器发射端、超声测距传感器接收端、丝杠支撑座、第一电机支撑臂、直流电机、喷嘴旋转臂、喷嘴固定件、流量计、泵、储液罐、第二电机支撑臂、步进电机、高速摄像机旋转臂、高速摄像机、分布式控制系统、激光测距传感器、水平传感器；其中，底座为矩形板状结构，水平放置，并且左端表面前部沿左右方向形成有一个第二滑轨；丝杠以与第二滑轨平行的方式设置在底座的左端表面后侧，一端通过联轴器与低速大扭矩直流电机的输出轴相连，另一端通过固定在底座表面的丝杠支撑座进行支撑；移动平台的后端底面通过一个丝杠母连接在丝杠上，前端底面向下突出形成有一个下端插入在第二滑轨内的导向轨，因此能够在低速大扭矩直流电机和丝杠的驱动下沿第二滑轨进行直线运动，并且移动平台的表面中部沿前后方向形成有一个第一滑轨；两个气缸支撑座的下端分别固定在移动平台的前后端表面；两个可调行程气缸分别固定在两个气缸支撑座的上端，并且两个可调行程气缸上的作动筒相对设置；两个垂直设置的压力传感器支撑臂中部分别连接在两个可调行程气缸的作动筒外端，下端插入在第一滑轨中，因此能够在可调行程气缸的作用下沿第一滑轨进行直线运动；两个压力传感器分别安装在两个压力传感器支撑臂上端，并且压力感应方向朝向右侧方向；超声测距传感器发射端和超声测距传感器接收端分别安装在两个压力传感器的左侧面上；第一电机支撑臂垂直安装在底座中部；直流电机固定在第一电机支撑臂上端，并且输出轴位于前端；喷嘴旋转臂的内端与直流电机的输出轴垂直相连，因此可在直流电机的驱动下进行旋转；喷嘴固定件连接在喷嘴旋转臂的外端，用于安装待检测的喷嘴；流量计、泵和储液罐安装在底座中部，三者之间通过管路连接，并且流量计与喷嘴通过软管连接；第二电机支撑臂垂直安装在底座右端表面；步进电机安装在第二电机支撑臂上端，并且输出轴位于左端；高速摄像机旋转臂的内端与步进电机的输出轴垂直相连，因此能够在步进电机的驱动下进行旋转；高速摄像机安装在高速摄像机旋转臂的外端；当喷嘴固定件面对压力传感器时，水平传感器固定在喷嘴旋转臂的下部边缘，激光测距传感器固定在喷嘴旋转臂的上部边缘，且激光测距传感器上的激光发射端与喷嘴的顶部齐平；分布式控制系统同时与低速大扭矩直流电机、可调行程气缸、压力传感器、超声测距传感器发射端、超声测距传感器接收端、直流电机、流量计、泵、步进电机、高速摄像机、激光测距传感器和水平传感器电连接。

所述的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统还包括一个背景幕安装臂和背景幕，其中背景幕安装臂的内端与步进电机的输出轴垂直相连，并且与高速摄像机旋转臂相差180°；背景幕安装在背景幕安装臂的外端。

所述的分布式控制系统上部嵌入式安装有工业触摸屏，下部为控制电气柜，工业触摸屏选用Proface公司GC4000。

所述的水平传感器选用RION公司的ACA626T高精度倾角仪。

所述的激光测距传感器选用上海誉煊电子有限公司RLM-S12激光测距传感器。

所述的高速摄像机选用SJCAM公司生产H3R无线高速运动防水摄像机。

本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统可自动测试喷嘴压力、喷射角度和喷射模型等主要性能参数，能够避免人为原因所导致的“误检”，降低机务维护人员的工作强度；可大大提高检测效率，有效减低发动机整机检测时间，进而降低航空公司的运营成本；本系统可方便地安装在普通轮式载具上，使用灵活方便。

附图说明

图1为本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统部分结构立体图。

图2为本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统中喷嘴旋转臂部位局部结构示意图。

图3为安装有背景幕的本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统结构示意图。

图4为本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统进行工作模式1测试时结构俯视图。

图5为本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统进行工作模式2测试时结构俯视图。

图6为本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统进行工作模式3测试时结构正视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统进行详细说明。

如图1—图6所示，本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统包括：底座1、移动平台2、低速大扭矩直流电机3、丝杠4、两个气缸支撑座5、两个可调行程气缸6、两个压力传感器支撑臂9、两个压力传感器10、超声测距传感器发射端11、超声测距传感器接收端12、丝杠支撑座13、第一电机支撑臂14、直流电机15、喷嘴旋转臂16、喷嘴固定件17、流量计18、泵19、储液罐20、第二电机支撑臂21、步进电机22、高速摄像机旋转臂23、高速摄像机24、分布式控制系统26、激光测距传感器27、水平传感器29；其中，底座1为矩形板状结构，水平放置，并且左端表面前部沿左右方向形成有一个第二滑轨8；丝杠4以与第二滑轨8平行的方式设置在底座1的左端表面后侧，一端通过联轴器与低速大扭矩直流电机3的输出轴相连，另一端通过固定在底座1表面的丝杠支撑座13进行支撑；移动平台2的后端底面通过一个丝杠母连接在丝杠4上，前端底面向下突出形成有一个下端插入在第二滑轨8内的导向轨，因此能够在低速大扭矩直流电机3和丝杠4的驱动下沿第二滑轨8进行直线运动，并且移动平台2的表面中部沿前后方向形成有一个第一滑轨7；两个气缸支撑座5的下端分别固定在移动平台2的前后端表面；两个可调行程气缸6分别固定在两个气缸支撑座5的上端，并且两个可调行程气缸6上的作动筒相对设置；两个垂直设置的压力传感器支撑臂9中部分别连接在两个可调行程气缸6的作动筒外端，下端插入在第一滑轨7中，因此能够在可调行程气缸6的作用下沿第一滑轨(7)进行直线运动；两个压力传感器10分别安装在两个压力传感器支撑臂9上端，并且压力感应方向朝向右侧方向；超声测距传感器发射端11和超声测距传感器接收端12分别安装在两个压力传感器10的左侧面上；第一电机支撑臂14垂直安装在底座1中部；直流电机15固定在第一电机支撑臂14上端，并且输出轴位于前端；喷嘴旋转臂16的内端与直流电机15的输出轴垂直相连，因此可在直流电机15的驱动下进行旋转；喷嘴固定件17连接在喷嘴旋转臂16的外端，用于安装待检测的喷嘴28；流量计18、泵19和储液罐20安装在底座1中部，三者之间通过管路连接，并且流量计18与喷嘴28通过软管连接；第二电机支撑臂21垂直安装在底座1右端表面；步进电机22安装在第二电机支撑臂21上端，并且输出轴位于左端；高速摄像机旋转臂23的内端与步进电机22的输出轴垂直相连，因此能够在步进电机22的驱动下进行旋转；高速摄像机24安装在高速摄像机旋转臂23的外端；当喷嘴固定件17面对压力传感器10时，水平传感器29固定在喷嘴旋转臂16的下部边缘，激光测距传感器27固定在喷嘴旋转臂16的上部边缘，且激光测距传感器27上的激光发射端与喷嘴28的顶部齐平；分布式控制系统26同时与低速大扭矩直流电机3、可调行程气缸6、压力传感器10、超声测距传感器发射端11、超声测距传感器接收端12、直流电机(15)、流量计18、泵19、步进电机22、高速摄像机24、激光测距传感器27和水平传感器29电连接。

所述的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统还包括一个背景幕安装臂25和背景幕30，其中背景幕安装臂25的内端与步进电机22的输出轴垂直相连，并且与高速摄像机旋转臂23相差180°；背景幕30安装在背景幕安装臂25的外端。

所述的分布式控制系统26上部嵌入式安装有工业触摸屏，下部为控制电气柜，工业触摸屏可根据需求选用，例如Proface公司GC4000。

所述的水平传感器29可根据需求选用，例如RION公司的ACA626T高精度倾角仪。

所述的激光测距传感器27可根据需求选用，例如上海誉煊电子有限公司RLM-S12激光测距传感器。

所述的高速摄像机24可根据需求选用，例如SJCAM公司生产H3R无线高速运动防水摄像机。

现将本发明提供的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统使用方法阐述如下：

首先，由检测人员将本航空发动机燃油喷嘴自动测试系统(以下简称系统)连接好电源和气源，并在储液罐20中添加喷嘴检测校准液，然后将系统通电并完成系统自检；

第二，将待检测喷嘴28利用喷嘴固定件17安装在喷嘴旋转臂16的外端；

第三，进行工作模式1的测试，即测试额定流量和射程下喷嘴28的压力：在分布式控制系统26的控制下启动直流电机15，由此驱动喷嘴旋转臂16向左侧转动，直到水平传感器29发出水平位置到达信号以使直流电机15停止转动；同时控制两个可调行程气缸6工作，使两个压力传感器支撑臂9在第一滑轨7上进行移动，直到两个压力传感器支撑臂9在移动平台2中间位置相互接触；

第四，启动低速大扭矩直流电机3，通过丝杠4驱动移动平台2在第二滑轨8上进行移动；当激光测距传感器27检测到喷嘴28与两个压力传感器10间的距离等于喷嘴射程L时，发出信号使低速大扭矩直流电机3停止工作；

第五，启动泵19，由此将储液罐20中的喷嘴检测校准液通过管路及软管提供给喷嘴28，并由喷嘴28向外喷出；当流量计18显示出管路中的压力已达到喷嘴28的正常流量时，开始采集两个压力传感器10的信号；等待10秒钟信号稳定后，如压力信号达到喷嘴28的标称值，测试通过，否则，测试未通过；

第六，进行工作模式2的测试，即测试额定流量和射程下喷嘴28的喷射角度：同时控制两个可调行程气缸6工作，使两个压力传感器支撑臂9在第一滑轨7上向外侧进行移动，直到两个压力传感器10采集不到压力信号，两个可调行程气缸6停止工作；启动超声测距传感器发射端11、超声测距传感器接收端12而得到喷嘴28的喷射宽度W；关闭泵19，然后通过下式计算出喷嘴28的喷射角度α：

计算公式：喷射角度α＝2*arctan(喷射宽度W/2/喷嘴射程L)

第七，进行工作模式3的测试，即测试额定流量下喷嘴28的喷射模型；启动直流电机15，由此驱动喷嘴旋转臂16向右侧转动，直到水平传感器29发出水平位置到达信号以使直流电机15停止转动；

第八，根据储液罐20中喷嘴检测校准液的类型，选择是否在背景幕安装臂25上安装背景幕30；启动泵19，由此将储液罐20中的喷嘴检测校准液通过管路及软管提供给喷嘴28，并由喷嘴28向外喷出；当流量计18显示出管路中的压力已达到喷嘴28的正常流量时，等待10秒钟；启动步进电机22以驱动高速摄像机旋转臂23慢速旋转，开启高速摄像机24，实时采集喷嘴28的喷射模型，由此完成喷嘴28的检测过程。

另外，喷嘴检测校准液可选择水、MIL-C-7024校准液、JET A燃油或JP-5燃油，应依据相关喷嘴维修手册进行选择。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例。在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进或替换。尤其是，只要不存在结构上的冲突，各实施例中的特征均可相互结合起来，或由本领域技术人员根据本发明的技术方案及其他相似的此原理得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种航空发动机燃油喷嘴自动测试系统，其特征在于：所述的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统包括：底座(1)、移动平台(2)、低速大扭矩直流电机(3)、丝杠(4)、两个气缸支撑座(5)、两个可调行程气缸(6)、两个压力传感器支撑臂(9)、两个压力传感器(10)、超声测距传感器发射端(11)、超声测距传感器接收端(12)、丝杠支撑座(13)、第一电机支撑臂(14)、直流电机(15)、喷嘴旋转臂(16)、喷嘴固定件(17)、流量计(18)、泵(19)、储液罐(20)、第二电机支撑臂(21)、步进电机(22)、高速摄像机旋转臂(23)、高速摄像机(24)、分布式控制系统(26)、激光测距传感器(27)、水平传感器(29)；其中，底座(1)为矩形板状结构，水平放置，并且左端表面前部沿左右方向形成有一个第二滑轨(8)；丝杠(4)以与第二滑轨(8)平行的方式设置在底座(1)的左端表面后侧，一端通过联轴器与低速大扭矩直流电机(3)的输出轴相连，另一端通过固定在底座(1)表面的丝杠支撑座(13)进行支撑；移动平台(2)的后端底面通过一个丝杠母连接在丝杠(4)上，前端底面向下突出形成有一个下端插入在第二滑轨(8)内的导向轨，因此能够在低速大扭矩直流电机(3)和丝杠(4)的驱动下沿第二滑轨(8)进行直线运动，并且移动平台(2)的表面中部沿前后方向形成有一个第一滑轨(7)；两个气缸支撑座(5)的下端分别固定在移动平台(2)的前后端表面；两个可调行程气缸(6)分别固定在两个气缸支撑座(5)的上端，并且两个可调行程气缸(6)上的作动筒相对设置；两个沿垂直方向设置的压力传感器支撑臂(9)中部分别连接在两个可调行程气缸(6)的作动筒外端，下端插入在第一滑轨(7)中，因此能够在可调行程气缸(6)的作用下沿第一滑轨(7)进行直线运动；两个压力传感器(10)分别安装在两个压力传感器支撑臂(9)上端，并且压力感应方向朝向右侧方向；超声测距传感器发射端(11)和超声测距传感器接收端(12)分别安装在两个压力传感器(10)的左侧面上；第一电机支撑臂(14)垂直安装在底座(1)中部；直流电机(15)固定在第一电机支撑臂(14)上端，并且输出轴位于前端；喷嘴旋转臂(16)的内端与直流电机(15)的输出轴垂直相连，因此可在直流电机(15)的驱动下进行旋转；喷嘴固定件(17)连接在喷嘴旋转臂(16)的外端，用于安装待检测的喷嘴(28)；流量计(18)、泵(19)和储液罐(20)安装在底座(1)中部，三者之间通过管路连接，并且流量计(18)与喷嘴(28)通过软管连接；第二电机支撑臂(21)垂直安装在底座(1)右端表面；步进电机(22)安装在第二电机支撑臂(21)上端，并且输出轴位于左端；高速摄像机旋转臂(23)的内端与步进电机(22)的输出轴垂直相连，因此能够在步进电机(22)的驱动下进行旋转；高速摄像机(24)安装在高速摄像机旋转臂(23)的外端；当喷嘴固定件(17)面对压力传感器(10)时，水平传感器(29)固定在喷嘴旋转臂(16)的下部边缘，激光测距传感器(27)固定在喷嘴旋转臂(16)的上部边缘，且激光测距传感器(27)上的激光发射端与喷嘴(28)的顶部齐平；分布式控制系统(26)同时与低速大扭矩直流电机(3)、可调行程气缸(6)、压力传感器(10)、超声测距传感器发射端(11)、超声测距传感器接收端(12)、直流电机(15)、流量计(18)、泵(19)、步进电机(22)、高速摄像机(24)、激光测距传感器(27)和水平传感器(29)电连接。

2.根据权利要求1所述的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统，其特征在于：所述的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统还包括一个背景幕安装臂(25)和背景幕(30)，其中背景幕安装臂(25)的内端与步进电机(22)的输出轴垂直相连，并且与高速摄像机旋转臂(23)相差180°；背景幕(30)安装在背景幕安装臂(25)的外端。

3.根据权利要求1所述的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统，其特征在于：所述的分布式控制系统(26)上部嵌入式安装有工业触摸屏，下部为控制电气柜，工业触摸屏选用Proface公司GC4000。

4.根据权利要求1所述的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统，其特征在于：所述的水平传感器(29)选用RION公司的ACA626T高精度倾角仪。

5.根据权利要求1所述的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统，其特征在于：所述的激光测距传感器(27)选用上海誉煊电子有限公司RLM-S12激光测距传感器。

6.根据权利要求1所述的航空发动机燃油喷嘴自动测试系统，其特征在于：所述的高速摄像机(24)选用SJCAM公司生产H3R无线高速运动防水摄像机。