CN109141906A - 一种发动机试车台 - Google Patents
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Abstract
一种发动机试车台，包括供给源，温度模拟单元，模拟舱和排气引射器；供给源包括燃油供给源，氧气供给源，发动机进气供给源，酒精供给源和引射器主动气流供给源；温度模拟单元包括管体和壳体，管体位于壳体内部，管体内为第一介质通道，管体的外壁与壳体的内壁之间的空间形成第二介质通道；被试发动机位于模拟舱内；燃油供给源通过管路与被试发动机连通，氧气供给源和发动机进气供给源分别通过管路与第二介质通道的入口连通，第二介质通道的出口通过管路与被试发动机的进气口连通，酒精供给源经过点火器后通过管路与第一介质通道的入口连通，引射器主动气流供给源通过管路与排气引射器连通，排气引射器穿过模拟舱靠近被试发动机的排气管。
Description
技术领域
本发明涉及试验测量技术领域，尤其是一种发动机试车台。
背景技术
航空发动机在进行试飞前，需在地面做高空模拟试验，发动机试验时，要求一组参数，包括进气总压，进气空气流量，进气氧含量，进气总温，发动机供油油量，空气环境压力，称之为状态点，同时达到设定值及稳定后，记录其性能及参数或考核其性能，现有发动机试车台技术，对于发动机进气模拟、飞行环境压力模拟尚无成熟技术，同时对于模拟状态何时达到稳定状态也无准确的理论判定方法，导致试验模拟效果差，试验周期长，成本高，资源浪费情况严重。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种发动机试车台。
本发明的技术解决方案是：一种发动机试车台，包括供给源，温度模拟单元，模拟舱和排气引射器；供给源包括燃油供给源，氧气供给源，发动机进气供给源，酒精供给源和引射器主动气流供给源；温度模拟单元包括管体和壳体，管体位于壳体内部，管体内为第一介质通道，管体的外壁与壳体的内壁之间的空间形成第二介质通道；被试发动机位于模拟舱内；燃油供给源通过管路与被试发动机连通，氧气供给源和发动机进气供给源分别通过管路与第二介质通道的入口连通，第二介质通道的出口通过管路与被试发动机的进气口连通，酒精供给源经过点火器后通过管路与第一介质通道的入口连通，引射器主动气流供给源通过管路与排气引射器连通，排气引射器穿过模拟舱靠近被试发动机的排气管。
进一步的，连通燃油供给源与被试发动机的管路上设置有发动机燃油供给流量调节阀和发动机燃油供给截止阀。
进一步的，连通氧气供给源与第二介质通道的入口的管路上设置有氧供给流量调节阀和氧供给截止阀。
进一步的，连通发动机进气供给源与第二介质通道的入口的管路上设置有发动机进气供给压力调节阀。
进一步的，连通酒精供给源与第一介质通道的入口的管路上设置有酒精供给流量调节阀和和酒精供给截止阀，第一介质通道的出口与外界连通。
进一步的，连通引射器主动气流供给源与排气引射器的管路上设置有引射器主动气流供给压力调节阀。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1、本发明的发动机试车台，将被试发动机至于模拟舱内，模拟舱采用密封状态，通过排气引射器抽气，模拟发动机处于不同飞行高度的环境压力，通过引射器主动气流供给源为排气引射器提供引射气流，结构简单；通过燃油供给源实现对发动机的供油。
2、本发明的发动机试车台，通过发动机进气供给源模拟发动机进气流量，进气总压，同时，通过氧气供给源为发动机进气进行补氧并通过温度模拟单元模拟发动机的进气温度，实现了发动机进气的真实模拟，结构简单，模拟精度高。
3、本发明的发动机试车台，设置酒精供给源，通过点火器将酒精点燃产生热量在温度模拟单元内与发动机进气换热，实现发动机进气温度的调节。
4、本发明的发动机试车台，通过设置各种阀门，实现相关供给源的流量和压力可调，进而实现多状态点的模拟。
附图说明
图1为本发明的发动机试车台结构原理图。
图2为本发明的发动机试车台的温度模拟单元的局部结构示意图。
图3为本发明的发动机试车台的使用方法流程图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“抵接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种发动机试车台，其用于发动机高空多状态点模拟试验，所述状态点的参数包括发动机进气总压，进气空气流量，进气氧成分，进气总温，发动机供油油量，空气环境压力；所述发动机试车台包括供给源，温度模拟单元200，模拟舱300和排气引射器600；供给源包括燃油供给源110，氧气供给源120，发动机进气供给源130，酒精供给源140和引射器主动气流供给源150；所述温度模拟单元包括管体210和壳体220，所述管体210位于所述壳体220内部，所述管体210内为第一介质通道，所述管体210的外壁与所述壳体220的内壁之间的空间形成第二介质通道；所述温度模拟单元200工作时，第一介质在第一介质通道内流通，第二介质在第二介质通道内流通，第一介质温度高于第二介质，所述第一介质和第二介质通过所述管体210的管壁实现换热；被试发动机400位于所述模拟舱300内；所述燃油供给源110通过管路与所述被试发动机400连通，所述氧气供给源120和所述发动机进气供给源130分别通过管路与第二介质通道的入口连通，第二介质通道的出口通过管路与所述被试发动机400的进气口连通，为被试发动机400提供模拟的发动机进气流量，进气总压以及氧含量；所述酒精供给源140经过点火器后通过管路与第一介质通道的入口连通，第一介质通道的出口与外界连通，点火器将酒精点燃燃烧产生热量在所述温度模拟单元200内与第二介质通道内的第二介质换热以调节第二介质通道内的第二介质的温度，从而实现发动机进气温度模拟，本发明的发动机进气模拟真实，精度高，且结构简单。
所述引射器主动气流供给源150通过管路与所述排气引射器600连通，所述排气引射器600穿过所述模拟舱300靠近所述被试发动机400的排气管；优选，所述排气引射器600的入口截面与所述被试发动机400排气管出口截面的距离为被试发动机400排气管出口截面半径的一半以提高引射器的引设性能；所述排气引射器600引设所述模拟舱300内的气体以及所述被试发动机4000的排气，以模拟发动机处于不同飞行高度的环境压力，所述引射器主动气流供给源150为所述排气引射器600提供引射气流；排气引射器600的结构为现有技术，具体参见申请人已申请的专利申请CN201610786167.4，CN201610786117.6，CN201610790335.7，CN201610764543.X，CN201610764549.7等。连通所述燃油供给源110与所述被试发动机400的管路上设置有发动机燃油供给流量调节阀510，连通所述氧气供给源120与所述第二介质通道的入口的管路上设置有氧供给流量调节阀530，连通所述发动机进气供给源130与第二介质通道的入口的管路上设置有发动机进气供给压力调节阀550，连通所述酒精供给源140与第一介质通道的入口的管路上设置有酒精供给流量调节阀560，连通所述引射器主动气流供给源150与所述排气引射器600的管路上设置有引射器主动气流供给压力调节阀580，以实现各供给源的参数调节，满足多状态点的模拟。
优选的，所述发动机试车台包括发动机燃油供给截止阀520，氧供给截止阀540和酒精供给截止阀570，所述发动机燃油供给截止阀520设置在连通所述燃油供给源110与所述被试发动机400的管路上；所述氧供给截止阀540设置在连通所述氧气供给源120与所述第二介质通道的入口的管路上；所述酒精供给截止阀570设置在连通所述酒精供给源140与第一介质通道的入口的管路上。发动机试车台的使用过程中，开启所述发动机燃油供给流量调节阀510前开启所述发动机燃油供给截止阀520，开启所述氧供给流量调节阀530前开启氧供给截止阀540，开启所述酒精供给流量调节阀560前开启所述酒精供给截止阀570；关闭所述发动机燃油供给流量调节阀510后关闭所述发动机燃油供给截止阀520，关闭所述氧供给流量调节阀530后关闭氧供给截止阀540，关闭所述酒精供给流量调节阀560后关闭所述酒精供给截止阀570，以保证试车台在非实验状态下的安全。
所述发动机试车台的使用方法，包括如下步骤：
S100)、模拟仓压力调节
根据第一模拟状态点的发动机飞行高度的环境压力调节引射器主动气流供给压力调节阀，使模拟舱内的压力与第一模拟状态点的发动机飞行高度的环境压力相同。
S200)、发动机进气总压和含氧量调节
根据第一模拟状态点的进气总压和氧含量调节发动机进气供给压力调节阀和氧供给流量调节阀，使经过第二介质通道出口的第二介质的总压和氧含量与第一模拟状态点发动机的进气总压和氧含量相同。
S300)、发动机进气总温调节
根据第一模拟状态点的进气总温调节酒精供给流量调节阀并启动点火器，点燃酒精使酒精燃烧，燃烧的酒精在第一介质通道与第二介质通道的第二介质换热，使经过第二介质通道出口的第二介质的总温与第一模拟状态点发动机的进气总温相同；
S310)、按照温度模拟单元所能承受的最高工况值调节酒精供给流量调节阀，启动点火器，点燃酒精使酒精燃烧，燃烧的酒精在第一介质通道与第二介质通道的第二介质换热；
S320)、保持步骤S310的状态至温度模拟单元进入稳定工作状态；
S330)、根据第一模拟状态点中，第二介质通道出口的第二介质总温，第二介质通道内第二介质的质量，第二介质的定压比热，管体内壁对流换热系数，整个管体的内壁面积，第一介质通道内第一介质的质量，第一介质的定压比热，管体外壁对流换热系数，整个管体的外壁面积和第二介质通道入口的第二介质总温，确定第一介质的供给温度；
S340)、调节酒精供给流量调节阀，将第一介质通道内的第一介质状态由以温度模拟单元所能承受的最高工况值供给调节至按照第一模拟试验状态点的预定值供给；
S350)、保持第一介质通道内的第一介质按照实验第一模拟试验状态点的预定值供给状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，此时，经过第二介质通道出口的第二介质的总温与第一模拟状态点发动机的进气总温相同。
S400)、发动机进气总压调节
根据第一模拟状态点的进气总压调节发动机进气供给压力调节阀，使经过第二介质通道出口的第二介质的总压与第一模拟状态点发动机的进气总压相同。
S500)、发动机点火
根据发动机第一模拟状态点的燃油需求量调节发动机燃油供给流量调节阀，使燃油供给源供给的燃油与发动机第一模拟状态点的燃油需求量相同，发动机点火，进行第一模拟状态点的模拟试验至该状态点模拟试验结束。
S600)、第N模拟状态点的模拟试验
分别调节引射器主动气流供给压力调节阀，调节氧供给流量调节阀，发动机进气供给压力调节阀，酒精供给流量调节阀和发动机燃油供给流量调节阀，使模拟舱内的压力与第N模拟状态点的发动机飞行高度的环境压力相同，第二介质通道出口的第二介质的总压、总温和氧含量与第N模拟状态点发动机的进气总压、总温和氧含量相同，燃油供给源供给的燃油与第N模拟状态点发动机的燃油需求相同；其中，N≥2，开始发动机第N状态点模拟试验至该状态点模拟试验结束。
S610)、根据第N模拟状态点的发动机飞行高度的环境压力调节引射器主动气流供给压力调节阀，使模拟舱内的压力与第N模拟状态点的发动机飞行高度的环境压力相同；
S620)、调节氧供给流量调节阀，使第二介质通道出口的第二介质的氧含量与第N模拟状态点发动机的氧含量相同；
S630)、根据第N模拟状态点中，第二介质通道出口的第二介质总温，第二介质通道内第二介质的质量，第二介质的定压比热，管体内壁对流换热系数，整个管体的内壁面积，第一介质通道内第一介质的质量，第一介质的定压比热，管体外壁对流换热系数，整个管体的外壁面积和第二介质通道入口的第二介质总温，确定第一介质的供给温度；
S640)、调节酒精供给流量调节阀，将第一介质通道内的第一介质状态由第一模拟试验状态点的预定值供给调节至按照第N模拟试验状态点的预定值供给；
S650)、保持第一介质通道内的第一介质按照实验第N模拟试验状态点的预定值供给状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，此时，经过第二介质通道出口的第二介质的总温与第N模拟状态点发动机的进气总温相同；
S660)、根据第N模拟状态点的进气总压调节发动机进气供给压力调节阀，使经过第二介质通道出口的第二介质的总压与第N模拟状态点发动机的进气总压相同；
S670)、根据发动机第N模拟状态点的燃油需求量调节发动机燃油供给流量调节阀，使燃油供给源供给的燃油与发动机第N模拟状态点的燃油需求量相同，开始发动机第N状态点模拟试验至该状态点模拟试验结束。
S700)、重复步骤S600直至所有模拟状态点试验完毕后，发动机熄火，关闭发动机燃油供给流量调节阀，氧供给流量调节阀，发动机进气供给压力调节阀和酒精供给流量调节阀后，关闭引射器主动气流供给压力调节阀。
优选的，温度模拟单元所能承受的最高工况值为温度模拟单元所能承受的第一介质的最高压力、最高温度和最高流量；模拟试验状态点的预定值的参数包括介质入口和出口的压力，介质的流量和介质的温度。
优选的，步骤S320中，保持步骤S310的状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，所需的时间为T1；步骤S350中保持第一介质通道内的第一介质按照实验第一模拟试验状态点的预定值供给状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，所需的时间为T2；步骤S650中保持第一介质通道内的第一介质按照实验第N模拟试验状态点的预定值供给状态至温度模拟单元进入稳定工作状态，所需的时间为TN；
T1，T2和TN均按照温度模拟单元进入稳定工作状态计算公式确定；温度模拟单元进入稳定工作状态计算公式为：
式中：Tx为温度模拟单元进入稳定工作状态的时间，单位为s；m为整个管体的质量，单位为kg，为已知量；cmp为管体的定压比热，单位为J/kg·K，为已知量；hh为管体内壁对流换热系数，单位为W/(m2·K)，为已知量；Asi为整个管体的内壁面积，单位为m2，为已知量；mh为在第一介质通道内的第一介质的质量，单位为kg，为已知量；cph为第一介质的定压比热，单位为J/kg·K，为已知量；hc为管体外壁对流换热系数，单位为W/(m2·K)，为已知量；Ase为整个管体的外壁面积，单位为m2，为已知量；mc为在第二介质通道内的第二介质的质量，单位为kg，为已知量；cpc为第二介质的定压比热，单位为J/kg·K，为已知量。
优选的，步骤S330根据第一模拟状态点中，第二介质通道出口的第二介质总温，第二介质通道内第二介质的质量，第二介质的定压比热，管体内壁对流换热系数，整个管体的内壁面积，第一介质通道内第一介质的质量，第一介质的定压比热，管体外壁对流换热系数，整个管体的外壁面积和第二介质通道入口的第二介质总温，确定第一介质的供给温度，此时，第一介质的供给温度为Thi1；
步骤S630中，根据第N模拟状态点中，第二介质通道出口的第二介质总温，第二介质通道内第二介质的质量，第二介质的定压比热，管体内壁对流换热系数，整个管体的内壁面积，第一介质通道内第一介质的质量，第一介质的定压比热，管体外壁对流换热系数，整个管体的外壁面积和第二介质通道入口的第二介质总温，确定第一介质的供给温度，此时，第一介质的供给温度为ThiN；
Thi1和ThiN均按照温度模拟单元热流输入温度公式确定；温度模拟单元热流输入温度公式为：
式中：
Thix为第一介质的供给温度，单位为K；Tco为第二介质通道出口的第二介质总温，单位为K，为已知量；mc为二介质通道内第二介质的质量，单位为kg，为已知量；cpc为第二介质的定压比热，单位为J/kg·K，为已知量；hh为管体内壁对流换热系数，单位为W/(m2·K)，为已知量；Asi为整个管体的内壁面积，单位为m2，为已知量；mh为第一介质通道内第一介质的质量，单位为kg，为已知量；cph为第一介质的定压比热，单位为J/kg·K，为已知量；hc为管体外壁对流换热系数，单位为W/(m2·K)，为已知量；Ase为整个管体的外壁面积，单位为m2，为已知量；Tci为第二介质通道入口的第二介质总温，单位为K，为已知量。
对于本发明的发动机试车台，除之前提到的有益技术效果外，其使用方法有如下有益技术效果：
1、采用先调节模拟舱的压力，再调节进气总压和氧含量，然后调节进气总温，最后精调进气总压后，供油点火的方式，调节速度快，节省了试车台发动机进气模拟和飞行高度环境压力模拟的调节时间，降低了试验成本，避免了能源浪费。
2、温度模拟单元的使用过程中，创造性的在启动时，先使用温度模拟单元所能承受的最高工况值向换热器输入热气流，使温度模拟单元的内管满负荷工作，以最快的速度热起来，管体温度提升速度快，温度分布均匀，再由满负荷状态调整为试验预定值，进入稳定工作状态时间大幅缩短。
3、温度模拟单元的使用过程中，通过大量的试验数据以及创造性的对数据曲线拟合，确定了高准确度的温度模拟单元进入稳定工作状态计算公式，能够准确确定温度模拟单元进入稳定工作状态的时间，大幅缩短试验时间，降低了试验成本，避免了能源浪费。
4、温度模拟单元的使用过程中，通过大量的试验数据以及创造性的对数据曲线拟合，确定了高准确度的温度模拟单元热流输入计算公式，能够准确确定的温度模拟单元热流输入温度，大幅缩短试验时间，降低了试验成本，避免了能源浪费。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种发动机试车台，其特征在于，包括供给源，温度模拟单元，模拟舱和排气引射器；
供给源包括燃油供给源，氧气供给源，发动机进气供给源，酒精供给源和引射器主动气流供给源；
温度模拟单元包括管体和壳体，管体位于壳体内部，管体内为第一介质通道，管体的外壁与壳体的内壁之间的空间形成第二介质通道；
被试发动机位于模拟舱内；
燃油供给源通过管路与被试发动机连通，氧气供给源和发动机进气供给源分别通过管路与第二介质通道的入口连通，第二介质通道的出口通过管路与被试发动机的进气口连通，酒精供给源经过点火器后通过管路与第一介质通道的入口连通，引射器主动气流供给源通过管路与排气引射器连通，排气引射器穿过模拟舱靠近被试发动机的排气管。
2.根据权利要求1所述的发动机试车台，其特征在于：连通燃油供给源与被试发动机的管路上设置有发动机燃油供给流量调节阀和发动机燃油供给截止阀。
3.根据权利要求1所述的发动机试车台，其特征在于：连通氧气供给源与第二介质通道的入口的管路上设置有氧供给流量调节阀和氧供给截止阀。
4.根据权利要求1所述的发动机试车台，其特征在于：连通发动机进气供给源与第二介质通道的入口的管路上设置有发动机进气供给压力调节阀。
5.根据权利要求1所述的发动机试车台，其特征在于：连通酒精供给源与第一介质通道的入口的管路上设置有酒精供给流量调节阀和和酒精供给截止阀，第一介质通道的出口与外界连通。
6.根据权利要求1所述的发动机试车台，其特征在于：连通引射器主动气流供给源与排气引射器的管路上设置有引射器主动气流供给压力调节阀。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2018
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