CN107560822B - 发动机进气道前缘防冰冰风洞试验设备及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种发动机进气道前缘防冰系统冰风洞试验设备和方法，试验设备包括：存储单元，存储有发动机进气道前缘防冰的热气分布曲线；加热单元，用于对发动机进气道前缘进行加热；检测单元，用于在加热过程中检测发动机进气道前缘的温度；以及控制单元，用于控制安装在所述发动机进气道前缘的加热单元，使得发动机进气道前缘的温度分布曲线与热气分布曲线相符。本发明还提供该试验设备进行发动机进气道前缘冰洞试验的方法。根据本发明的发动机进气道前缘冰洞试验设备和试验方法能够更精确地在现有冰风洞中对前缘防冰系统的防冰效果进行试验。

Description

发动机进气道前缘防冰冰风洞试验设备及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种发动机试验设备和方法，具体涉及一种发动机进气道前缘热气防冰冰风洞试验件装置和方法。

背景技术

目前民用飞机发动机进气道多为椭圆形或圆形，如图1所示，结冰气象条件下由于其唇口前缘处于迎风表面，容易产生结冰，因此需要对其采取防护措施，防止其前缘表面产生结冰。目前航线运行的大多数防冰系统采用热气防冰，且大多数采用前缘内部布置笛形管的形式进行防冰，个别飞机采用直流喷嘴的形式。而冰风洞试验作为CCAR/FAR25.1419条款推荐的标准的试验方法之一越来越受到主制造商和发动机生产商的青睐。但由于发动机进气道外形轮廓比较大，同时由于目前冰风洞大小的限制，对于发动机进气道的防冰系统开展冰风洞试验受限很大，目前大多数发动机生产商多通过缩比的形式开展一些原理性的试验，但由于缩比准则目前尚且不够成熟，因此其推广使用范围很受限制。

因此，本领域需要一种能够使用目前的冰风洞大小更准确对发动机进气前缘的防冰装置进行测试的冰风洞试验设备和试验方法。

发明内容

本发明提出一种发动机进气道前缘热气防冰冰风洞试验件装置及其试验方法来解决上述问题。具体地提出一种发动机进气道前缘冰风洞试验设备，包括：

存储单元，所述存储单元存储有发动机进气道前缘的热气分布曲线；

加热单元，所述加热单元安装在发动机进气道前缘，用于对发动机进气道前缘进行加热；

检测单元，所述检测单元在用于在加热过程中检测发动机进气道前缘的温度以获得发动机进气道前缘的温度分布曲线；以及

控制单元，用于控制安装在所述发动机进气道前缘的加热单元，使得发动机进气道前缘的温度分布曲线与热气分布曲线相符。

在一优选实施例中，所述发动机进气道前缘的热气分布曲线是在热气加热条件下的发动机进气道前缘表面热载荷沿弦向的分布。

在一优选实施例中，所述加热单元包括由汇流条或电加热膜形成的多个电加热垫。

在一优选实施例中，所述检测单元包括多个传感器，用于分别感测多个电加热垫的温度。

在一优选实施例中，所述控制单元分别根据所述多个传感器感测的多个电加热垫进行电源供给控制和功率配置。

本发明还提供一种发动机进气道前缘冰洞试验方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

获取发动机进气道前缘的热气分布曲线并存储；

在发动机进气道前缘安装加热装置；

通过所述加热装置对发动机进气道前缘进行加热并在加热过程中检测发动机进气道前缘的温度以获得发动机进气道前缘的温度分布曲线；以及

当发动机进气道前缘的温度分布曲线与热气分布曲线相符时，进行冰洞试验。

在一优选实施例中，所述发动机进气道前缘的热气分布曲线是在热气加热条件下的发动机进气道前缘表面热载荷沿弦向的分布。

在一优选实施例中，所述加热装置包括由汇流条或电加热膜形成的多个电加热垫。

在一优选实施例中，还包括多个传感器，用于分别感测多个电加热垫的温度。

在一优选实施例中，还包括多个控制单元，用于分别根据所述多个传感器感测的多个电加热垫进行电源供给控制和功率配置。

根据本发明的发动机进气道前缘冰洞试验设备和试验方法能够更精确地在现有冰风洞中对前缘防冰系统的防冰效果进行试验。

本文所描述的发动机进气道前缘冰洞试验设备和试验方法的额外特征和优点将在下文的详细描述中陈述，并且通过下文对于本领域技术人员显然或者从通过实践本文所描述的实施例而被本领域技术人员认识到，这些描述包括下文的详细描述、权利要求、以及附图。

应了解前文的一般描述和下文的详细描述说明了各种实施例并且意图提供理解要求保护的主题的性质和特征的概述或框架。包括附图以提供对各种实施例的进一步理解并且附图合并于本说明书中并且构成本说明书的部分。附图示出了本文所描述的各种实施例，并且与描述一起用来解释要求保护的主题的原理和操作。

附图说明

参考以上目的，本发明的技术特征在下面的权利要求中清楚地描述，并且其优点从以下参照附图的详细描述中显而易见，附图以示例方式示出了本发明的优选实施例，而不限制本发明构思的范围。

图1示出了发动机进气道前缘的示意图。

图2示出了本发明发动机进气道前缘冰洞试验设备的示意图。

图3示出了发动机进气道前缘的热气分布曲线和离散电加热垫功率需求。

图4示出了发动机起到前缘的热气分布曲线与各电加热垫的温度分布相匹配的示意图。

附图标记列表

100 发动机进气道前缘冰洞试验设备

110 加热装置

120 检测装置

130 控制装置

111 电加热垫

140 电源

150 显示器

具体实施方式

现在将详细地参考本发明的各个实施方案，这些实施方案的实例被显示在附图中并描述如下。尽管本发明将与示例性实施方案相结合进行描述，但是应当意识到，本说明书并非旨在将本发明限制为那些示例性实施方案。相反，本发明旨在不但覆盖这些示例性实施方案，而且覆盖可以被包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的各种选择形式、修改形式、等效形式及其它实施方案。为了便于在所附权利要求中解释和精确定义，术语“上”、“下”、“内”和“外”用于参考在图中所示的示例性实施方案的特征的位置来对这些特征进行描述。

下面将以发动机进气道前缘热气防冰系统为例来参考附图对本发明的示例性实施方案进行详细描述。当然，本发明的装置和方法并不限于热气防冰系统，而是可以适用于任何进气道前缘除冰系统的试验。

为了解决现有技术中无法将发动机进气道放入冰风洞内进行试验的问题，本发明将基于发动机进气道前缘沿弦向的热载荷分布，在试验用前缘表面的弦向不同位置处通过布置电加热垫来模拟热气条件下发动机进气道前缘沿弦向的热载荷分布，继而用于发动机进气道防冰系统冰风洞试验。

如图2所示，本发明的发动机进气道前缘冰洞试验设备100包括：存储装置(在控制装置130内部，未示出)，该存储装置存储有发动机进气道前缘的热气分布曲线；加热装置110，该安装在发动机进气道前缘，用于对发动机进气道前缘进行加热；检测装置120，该检测装置120用于在加热过程中检测发动机进气道前缘的温度以获得发动机进气道前缘的温度分布曲线；以及控制装置130，该控制装置130用于根据检测装置120检测的发动机进气道前缘的温度来控制安装在所述发动机进气道前缘的加热装置，使得发动机进气道前缘的温度分布曲线与热气分布曲线相符。此外，该试验设备100还包括对加热装置110进行供电的电源140。

具体地，存储在发动机进气道前缘的热气分布曲线是在热气加热条件下的发动机进气道前缘表面热载荷沿弦向的分布。然后在试验用前缘表面的不同弦向位置处布置多个电加热垫111，通常来说多个电加热垫111是沿弦向相继布置的汇流条或电加热膜。当然，也可设置本领域公知的任何其它电加热装置、如金属膜加热片、红外加热装置等。各电加热垫111可喷涂或贴附到试验用前缘表面上的对应位置。

此外，为每个电加热垫111设置温度传感器来感测其加热温度，并根据温度传感器感测的温度对相应电加热垫111的电源供给和功率进行调节，从而将前缘表面的相应位置加热到与热气条件下该位置的温度值。因此，通过多个电加热垫111能够得到与热气加热条件下的发动机进气道前缘表面热载荷沿弦向的分布一致的温度分布。可设置显示器150来显示出发动机进气道前缘表面热载荷沿弦向的分布与对应位置各电加热垫111的温度曲线，如图4所示，以便于操作人员判断温度分布是否一致。所述温度传感器可以是热电偶传感器、电阻传感器等。

在该条件下，可将试验用前缘表面放入冰风洞内进行试验，从而确定热气防冰系统是否能够防止前缘产生结冰。

下文结合上述试验设备来描述根据本发明对发动机进气道前缘进行冰洞试验的方法。

首先，根据需要进行试验的发动机进气道前缘截面，结合需要进行的试验工况点，进行热气加热条件下前缘表面的热载荷计算分析，获取其前缘表面沿弦向热载荷分布结果，例如图3中曲线a所示。然后将其热载荷分布结果离散成若干个小的温度控制单元，如图3中H1、H2、H3……所示，这样可以得到若干个温度控制单元表面的热载荷值，如图3中折线b所示。其中热载荷分布的离散程度可根据热气分布曲线的具体形状来确定。例如，温度分布曲线波动幅度较大，则需要将热载荷分布结果离散成更多数量的温度控制单元，以更精确拟合实际的热气分布曲线。反之，如果温度分布曲线相对平缓，可将热载荷分布结果离散成更少数量的温度控制单元，就足以精确拟合实际的热气分布曲线。

基于所得到的每个温度控制单元的热载荷值，选取合适的电加热垫111，并可根据温度控制单元的数量及热载荷大小，将电加热垫111布置在如图2所示试验用前缘表面上对应于上述离散的温度控制单元H1、H2、H3……的位置。同时对每个电加热垫111布置对应的温度传感器T-s1,T-s2,T-s3……，并由控制单元根据温度传感器感测的温度对每个电加热垫111进行单独电源供给控制和功率配置。通过调整每个汇流条的电压和电流参数，从而实现调整汇流条的功率大小来匹配发动起进气道前缘沿弦向且经过离散后的热载荷分布值。如此，在不同工况下进行试验时，仅需通过调整供给每个电加热垫的加热功率来匹配热载荷分布，进而达到冰风洞试验时加热分布的需求，依此验证发动机进气道前缘防冰能力是否满足设计要求。

根据本发明的发动机进气道前缘热气防冰冰风洞试验件装置及其试验方法，能够方便地通过控制各电加热垫的温度来模拟不同热气条件下的发动机前缘温度分布，从而精确地对发动机前缘防冰系统的防冰效果进行试验。

虽然以上结合了较佳实施例对本发明的结构和工作原理进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机进气道前缘防冰系统冰风洞试验设备，其特征在于，所述试验设备包括：

存储单元，所述存储单元存储有发动机进气道前缘防冰的热气分布曲线；

加热单元，所述加热单元安装在发动机进气道前缘，用于对发动机进气道前缘进行加热；

检测单元，所述检测单元在用于在加热过程中检测发动机进气道前缘的温度以获得发动机进气道前缘的温度分布曲线；以及

控制单元，用于控制安装在所述发动机进气道前缘的加热单元，使得发动机进气道前缘的温度分布曲线与热气分布曲线相符。

2.如权利要求1所述的发动机进气道前缘防冰系统冰风洞试验设备，其特征在于，所述发动机进气道前缘的热气分布曲线是在热气加热条件下的发动机进气道前缘表面热载荷沿弦向的分布。

3.如权利要求1所述的发动机进气道前缘防冰系统冰风洞试验设备，其特征在于，所述加热单元包括由汇流条或电加热膜形成的多个电加热垫。

4.如权利要求3所述的发动机进气道前缘防冰系统冰风洞试验设备，其特征在于，所述检测单元包括多个传感器，用于分别感测多个电加热垫的温度。

5.如权利要求4所述的发动机进气道前缘防冰系统冰风洞试验设备，其特征在于，所述控制单元分别根据所述多个传感器感测的多个电加热垫进行电源供给控制和功率配置。

6.一种发动机进气道前缘冰风洞试验方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

获取发动机进气道前缘的热气分布曲线并存储；

在发动机进气道前缘安装加热装置；

通过所述加热装置对发动机进气道前缘进行加热并在加热过程中检测发动机进气道前缘的温度以获得发动机进气道前缘的温度分布曲线；以及

当发动机进气道前缘的温度分布曲线与热气分布曲线相符时，进行冰洞试验。

7.如权利要求6所述的发动机进气道前缘冰风洞试验方法，其特征在于，所述发动机进气道前缘的热气分布曲线是在热气加热条件下的发动机进气道前缘表面热载荷沿弦向的分布。

8.如权利要求6所述的发动机进气道前缘冰风洞试验方法，其特征在于，所述加热装置包括由汇流条或电加热膜形成的多个电加热垫。

9.如权利要求8所述的发动机进气道前缘冰风洞试验方法，其特征在于，还包括多个传感器，用于分别感测多个电加热垫的温度。

10.如权利要求9所述的发动机进气道前缘冰风洞试验方法，其特征在于，还包括多个控制单元，用于分别根据所述多个传感器感测的多个电加热垫进行电源供给控制和功率配置。

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