CN107884103A - 一种涡扇发动机低压转子功率提取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涡扇发动机低压转子功率提取装置及方法，涡扇发动机低压转子功率提取装置包括涡扇发动机、传动机构及水力测功器。涡扇发动机包括高压转子、低压转子及前输出轴，高压转子能够驱动低压转子转动，前输出轴连接于低压转子的输出端。传动机构连接于前输出轴。水力测功器与传动机构连接，并在高压转子的驱动下运行。其中，涡扇发动机能够在多个不同的状态点运行，水力测功器的负载能够被调整，并测量对应多个不同的状态点时低压转子输出功率值。

Description

一种涡扇发动机低压转子功率提取装置及方法

技术领域

本发明涉及一种转子功率提取技术，具体的是一种涡扇发动机低压转子功率提取装置及方法。

背景技术

升力风扇为一种新研发技术，将其应用于某新型推进系统前需要在发动机上进行功率提取来模拟推进系统升力风扇工作过程。升力风扇是由涡扇发动机的低压转子提供的轴功率进行驱动。为了满足升力风扇的工作要求，需要对涡扇发动机低压转子能提取的输出轴功率值进行测量。。然而，现有使用的涡扇发动机并不输出轴功率，因此无法满足某新型推进系统中升力风扇需要轴功率输出的要求。并且，升力风扇开始工作时对应的发动机状态高于慢车状态，若升力风扇与低压转子之间采用刚性连接，发动机在起动过程中也需带动升力风扇，增大了起动负载，可能导致发动机出现起动不成功或者失稳现象。

因此，需要针对某新型推进系统原理验证机总体方案可能存在的风险，开展对主发动机的加载试验，以此评估和验证某新型推进系统原理验证机总体方案的可行性。

发明内容

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种涡扇发动机低压转子功率提取装置及方法，从而对升力风扇的功率进行验证和测试。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供一种涡扇发动机低压转子功率提取装置，其包括涡扇发动机、传动机构及水力测功器。

涡扇发动机包括高压转子、低压转子及前输出轴，高压转子能够驱动低压转子转动，前输出轴连接于低压转子的输出端。传动机构连接于前输出轴。水力测功器与传动机构连接，并在高压转子的驱动下运行。

其中，涡扇发动机能够在多个不同的状态点运行，水力测功器的负载能够被调整，并测量对应多个不同的状态点时低压转子输出功率值。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种涡扇发动机低压转子功率提取方法，包括：

增大负载提取：当涡扇发动机处于第一状态点时，逐渐增大水力测功器的负载，水力测功器时时测量低压转子输出功率值，当涡扇发动机低压转子输出功率增大至第一状态点的功率临界值时，水力测功器所测量的涡扇发动机低压转子输出功率为第一状态点时的最大提取功率值。

本发明的优点和积极效果在于：通过本发明的涡扇发动机低压转子功率提取装置及方法，对新型推进系统原理验证机低压转子实现了功率提取，实现了涡扇发动机低压转子输出前输出轴功率，从而满足某新型推进系统中升力风扇需要轴功率输出的要求。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1为本发明的涡扇发动机低压转子功率提取装置的结构示意图。

图2为本发明的涡扇发动机低压转子功率提取装置的传动机构的结构示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

按照新型推进系统实际使用情况，升力风扇开始工作时对应的发动机状态高于慢车状态，若升力风扇与低压转子10之间采用刚性连接，发动机在起动过程中也需带动升力风扇，增大了起动负载，可能导致发动机出现起动不成功或者失稳现象，且发动机本体从未进行这方面的验证。

升力风扇属新研件，新型推进系统原理验证机地面台架试验时，若在发动机前端加装升力风扇会影响发动机进气流场，也会增加试验风险。

为确保原理验证机安全及功能验证，本发明人经过大量创造性劳动，确定使用吸功功率范围与升力风扇相近的水力测功器40作为替代装置，提出在涡扇发动机低压转子10上进行功率提取来模拟推进系统升力风扇工作过程的方案。

以下对涡扇发动机低压转子10功率提取装置及方法进行详细描述。

如图1所示，本发明提供一种涡扇发动机低压转子10功率提取装置，其包括涡扇发动机、传动机构30及水力测功器40。

涡扇发动机包括高压转子、低压转子10及前输出轴20，高压转子能够驱动低压转子10转动，前输出轴20连接于低压转子10的输出端。传动机构30连接于前输出轴20。水力测功器40与传动机构30连接，并在高压转子的驱动下运行。

其中，涡扇发动机能够在多个不同的状态点运行，水力测功器40的负载能够被调整，并测量对应多个不同的状态点时，低压转子10输出功率值。

本实施例中，涡扇发动机的低压风扇轴前端可改造为花键结构，方便与前输出轴20连接。

传动机构30可包括传动后轴31，其与前输出轴20之间设有叠片32。传动机构30还可包括叠片联轴器33，其连接于传动后轴31与水力测功器40之间。传动机构30还可包括中间支座34，中间支座34的输出端通过叠片联轴器33与水力测功器40连接。通过设置叠片32和中间支座34可使得传动更加稳定，从而提高整体的可靠性。

提取涡扇发动机在不同工作状态、不同等级的功率可以通过调节测功器负载获取，

以下对涡扇发动机低压转子10功率提取方法进行详细描述：

涡扇发动机低压转子10功率提取方法，包括：

步骤1：

验证装有前输出轴20的涡扇发动机的起动特性：将水力测功器40与传动机构30和低压转子10断开，正常起动涡扇发动机，验证装有前输出轴20和传动机构30的涡扇发动机能否正常起动，若能，则执行后续零负载起动步骤。

具体的，将水力测功器40与中间支座34之间的叠片联轴器33的叠片32拆卸掉，正常起动涡扇发动机，验证涡扇发动机增加前输出轴20后能否正常起动成功，若能，则执行后续零负载起动步骤。

步骤2：

零负载起动：

将水力测功器40与涡扇发动机的低压转子10通过传动机构30组装，在水力测功器40零负载条件下，起动涡扇发动机至慢车状态稳定运行。

具体的，将水力测功器40与中间支座34之间的叠片联轴器33的叠片32重新安装上，准备零负载起动。起动前，使涡扇发动机起动并在慢车状态运行正常，其各项参数较改装前无明显异常后，将水力测功器40排水阀门全开，进水阀门保持最小开度。

步骤3：

增大负载提取：当涡扇发动机处于第一状态点时，逐渐增大水力测功器40的负载，水力测功器40时时测量低压转子输出功率值，当涡扇发动机低压转子输出功率增大至第一状态点的功率临界值时，水力测功器40所测量的测量涡扇发动机低压转子输出功率为第一状态点时的最大提取功率值。

其中，增大负载提取的步骤还可包括：逐渐增大水力测功器40的负载的过程中，低压转子10的转速到达稳定临界值时，提高涡扇发动机的运行状态，例如，给发动机加油，提高高压转子转速，使得低压转子10的转速回到稳定范围内，接着，重复上述步骤，直到涡扇发动机低压转子输出功率增大至第一状态点的功率临界值时，水力测功器40所测量的测量涡扇发动机低压转子输出功率为第一状态点时的最大提取功率值。

其中，增大负载提取的步骤还可包括：使得涡扇发动机处于多个不同的状态点，执行增大负载提取步骤，从而得到对应多个不同的状态点最大提取功率值。

具体的，零负载起动成功且涡扇发动机运行正常后，将发动机高压转子转速上推至第一个状态点，运行稳定后缓慢调节水力测功器40进排水阀门提取低压转子10功率，提取功率值不超过目标值，依次进行第二、三、四......状态点的功率提取。

步骤4：

功率恢复：依次完成各状态点功率提取后，缓慢降低水力测功器40负载同时缓慢下拉发动机状态直至恢复慢车状态。

本发明人创新性的运用水力测功器作为涡扇发动机低压转子功率提取装置，水力测功器吸收功率大小可调、测量精度高、技术成熟、运行可靠，并且水力测功器在涡轴发动机整机试验中经常使用，用来吸收发动机功率同时可测量发动机输出扭矩。测功器的工作原理是通过转子搅动腔体内的介质水，使水摩擦摆动壳体内壁产生温升，发动机输出的机械能就转化为水的热能从而达到吸收功率的目的，通过测量壳体的摆动力矩来计算发动机输出功率。

在新型推进系统原理验证机低压转子功率提取试验过程中，发动机及功率提取装置工作稳定，各项测试参数均无异常，对该新型推进系统原理验证机低压转子实现了功率提取，实现了涡扇发动机低压转子输出前输出轴功率，从而满足某新型推进系统中升力风扇需要轴功率输出的要求。

虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种涡扇发动机低压转子功率提取装置，包括：

涡扇发动机，包括高压转子、低压转子及前输出轴，高压转子能够驱动低压转子转动，前输出轴连接于低压转子的输出端；

传动机构，连接于前输出轴；及

水力测功器，与传动机构连接，并在高压转子的驱动下运行；

其中，涡扇发动机能够在多个不同的状态点运行，水力测功器的负载能够被调整，并测量对应多个不同的状态点时低压转子输出功率值。

2.如权利要求1所述的涡扇发动机低压转子功率提取装置，其中，传动机构包括传动后轴，其与前输出轴之间设有叠片。

3.如权利要求2所述的涡扇发动机低压转子功率提取装置，其中，传动机构还包括叠片联轴器，其连接于传动后轴与水力测功器之间。

4.如权利要求3所述的涡扇发动机低压转子功率提取装置，其中，传动机构还包括中间支座，中间支座的输出端通过叠片联轴器与水力测功器连接。

5.一种涡扇发动机低压转子功率提取方法，包括：

增大负载提取：当涡扇发动机处于第一状态点时，逐渐增大水力测功器的负载，水力测功器时时测量低压转子输出功率值，当涡扇发动机低压转子输出功率增大至第一状态点的功率临界值时，水力测功器所测量的涡扇发动机低压转子输出功率为第一状态点时的最大提取功率值。

6.如权利要求5所述的涡扇发动机低压转子功率提取方法，其中，增大负载提取的步骤还包括：逐渐增大水力测功器的负载的过程中，低压转子的转速到达稳定临界值时，提高高压转子转速，使得低压转子的转速回到稳定范围内，接着，重复上述步骤，直到涡扇发动机低压转子输出功率增大至第一状态点的功率临界值时，水力测功器所测量的涡扇发动机低压转子输出功率为第一状态点时的最大提取功率值。

7.如权利要求5所述的涡扇发动机低压转子功率提取方法，其中，还包括：使得涡扇发动机处于多个不同的状态点，执行增大负载提取步骤，从而得到对应多个不同的状态点最大提取功率值。

8.如权利要求5所述的涡扇发动机低压转子功率提取方法，其中，增大负载提取之前还包括：

零负载起动：

将水力测功器与涡扇发动机的低压转子通过传动机构组装，在水力测功器零负载条件下，起动涡扇发动机至慢车状态稳定运行。

9.如权利要求8所述的涡扇发动机低压转子功率提取方法，其中，零负载起动之前还包括：

验证装有前输出轴的涡扇发动机的起动特性：将水力测功器与传动机构和低压转子断开，正常起动涡扇发动机，验证装有前输出轴和传动机构的涡扇发动机能否正常起动，若能，则执行零负载起动步骤。

10.如权利要求7所述的涡扇发动机低压转子功率提取方法，其中，增大负载提取之后还包括：

功率恢复：依次完成各状态点功率提取后，逐渐降低水力测功器的负载，同时逐渐将发动机恢复至慢车状态。