CN110057593B - 一种航空发动机盐雾敏感性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，包括顺次连接的供气单元、温度调节单元、湿度调节单元、盐雾混合调节单元、动态盐雾取样单元、盐雾防护舱单元、排气单元；各单元均分别连接至测控单元。该试验装置模拟航空发动机整机在海洋环境工作时经历的温、湿、盐雾等典型海洋环境气候，从而实现对航空发动机在此综合环境影响下的性能试验及评估。此外，该试验装置还可以对模拟环境的温度、湿度、含盐量进行精准控制和自由组合，从而实现航空发动机多种环境剖面的试验测试。

Description

一种航空发动机盐雾敏感性试验装置

技术领域

本发明涉及一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，属于发动机试验领域。

背景技术

航空发动机在沿海环境飞行时，会受到海洋性气候环境和诱发环境的严酷影响，主要影响因素包括温度、湿度、盐雾、淋雨、酸性大气等，其中影响最突出的有温、湿、盐雾环境。海洋及沿海地区高温、湿热、盐雾等恶劣多变的气候环境将对发动机上通流部件造成严重的腐蚀，这种腐蚀会导致发动机气动性能恶化以及影响发动机的结构强度和疲劳寿命；另一方面，较高的盐分在发动机工作时会被发动机表面的液膜吸附，从而造成发动机通流表面的结垢现象，积垢将造成表面粗糙度增加，与空气接触面积增大，进一步加快积垢速度，表面积垢会导致发动机旋转部件磨损严重，影响发动机压比和效率，从而导致发动机的性能下降。

根据GJB242-1987《航空涡轮螺桨和涡轮轴发动机通用规范》要求，航空发动机需要进行盐雾敏感性试验，试验需真实模拟发动机工作时所处的温、湿、盐雾环境，以考核发动机整机在各种工作状态下受海洋温、湿、盐雾环境的综合性能影响。目前，盐雾试验主要利用盐雾试验箱进行人工加速模拟盐雾环境，这种方法所制造的氯化物盐浓度一般是天然环境盐雾含量的几倍或几十倍，相应的盐雾喷射量很大，使腐蚀速度大大提高。盐雾试验箱的盐雾试验均为“静态”盐雾试验，考察盐雾沉降量对静态产品的腐蚀影响，仅仅可以模拟部件的耐腐蚀性能，无法满足海军发动机的研制需求。

由于缺乏相应的发动机盐雾敏感性试验装置，目前对发动机受海洋环境的综合性能影响只能依靠数值仿真以及飞行试验，而数值仿真必须依靠试验验证才能保证其准确性，飞行试验受真实气候环境变化的影响太大，无法进行重复性试验，且成本较高，安全系数较低。所以亟需研制一套用于发动机盐雾敏感性试验装置，真实模拟发动机工作时经历的温、湿、盐雾等典型海洋环境气候，从而满足海军发动海洋环境适应性设计和性能考核的需求，提升海军发动机的可靠性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术中的上述不足和需求，本发明提出一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，其模拟航空发动机整机在海洋环境工作时经历的温、湿、盐雾等典型海洋环境气候，从而实现对航空发动机在此综合环境影响下的性能试验及评估。此外，该试验装置还可以对模拟环境的温度、湿度、含盐量进行精准控制和自由组合，从而实现航空发动机多种环境剖面的试验测试。

(二)技术方案

一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，包括顺次连接的供气单元、温度调节单元、湿度调节单元、盐雾混合调节单元、动态盐雾取样单元、盐雾防护舱单元、排气单元；各单元均分别连接至测控单元；供气单元为待测航空发动机供气，满足待测航空发动机工作时的吸气量；供气单元中，空气经供气管路送至供气风机机组增压，增压后的压缩空气进入空气过滤装置进行过滤后通过主管路送入温度调节单元；送气管路具有隔热保温结构，内层为非金属材料，中间层聚氨酯发泡隔热，外层包裹薄钢板；送气管路上设置调节阀门，调节阀门配合机组变频控制器实现供气流量的调节。

温度调节单元用于模拟待测航空发动机的进气温度，包括风道式加热器、温度传感器、可控硅控制器；风道式加热器连通在主管路上，其为高效开路镍铬合金电子加热器，其加热功率由可控硅控制器进行无级调节；测控单元根据目标温度点温度进行闭环反馈调节，实时改变加热功率，从而提高进气温度的控制精度。

湿度调节单元中，水由供水装置经过软水器软化后进入蒸汽发生器，水在蒸汽发生器形成干蒸汽，干蒸汽通过干蒸汽管路输送至末端的大流量蒸汽快速扩散器，干蒸汽管路上设置蒸汽电动控制阀门；大流量蒸汽快速扩散器设置在主管路上，其分别连通温度调节单元和盐雾混合调节单元；温度调节单元与盐雾混合调节单元之间的主管路上还设置主管路电动阀门和主管路质量流量计。

盐雾混合调节单元用于模拟真实沿海环境的空气盐雾含量，其包括盐雾喷射装置和盐雾混合装置，盐雾喷射装置向主管路喷射微量盐雾，其喷射量由可变转速电磁计量泵调节；盐雾混合装置安装于主管路上，其将盐雾喷射装置喷射出的微量盐雾采用高压气引射的方式打散成雾状，使其均匀地混合在动态空气中。

动态盐雾取样单元中，末端设置的隔膜真空泵进行抽气，抽气先进入流量调节阀进行流量调节实现主管路等速取样，再进入浮子流量计，进而进入多级吸收瓶将其中的氯离子滞留在瓶内吸收液中，离子分析仪对多级吸收瓶的吸收液进行分析以供计算动态空气中的含盐量，多级吸收瓶进而连接至等速取样器，等速取样器安装于主管路上。

盐雾防护舱单元用以提供待测航空发动机工作时的温、湿、盐雾环境空间，待测航空发动机通过发动机台架安装至盐雾防护舱内部。

排气单元用于排出试验后废气并对废气进行降温和吸附处理，其顺次设置排气降温装置和尾气处理装置，防止试验用气体对环境造成污染。

测控单元负责该试验装置的闭环控制，包括试验测控室、试验工位处的PLC控制机柜，试验测控室设置计算机和配电柜，PLC控制机柜设置PLC控制器和直流电源，计算机与PLC控制器之间通过以太网通讯，配电柜为直流电源供电。

PLC控制器接收该试验装置的数字量信号反馈、进气测量参数，并发出数字量信号输出、控制信号；所述数字量信号反馈包括风机启停状态反馈、加热器状态反馈、蒸汽发生器状态反馈、盐雾装置状态反馈；所述进气测量参数包括进气温度、进气压力、进气湿度、进气盐雾浓度、进气质量流量；所述数字量信号输出包括风机变频器开关、加热器启动、蒸汽发生器启动、盐雾装置启动；所述控制信号包括温度调功器、压力控制调节阀、蒸发器调节阀、盐雾流量调节、供气量调节。

一种航空发动机盐雾敏感性试验装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、设定空气流量后，开启供气单元中供气风机机组，根据待测航空发动机吸气的目标流量以及主管路质量流量计的反馈进行闭环调节直到流量稳定；

S2、启动温度调节单元，根据试验目标温度对风道式电加热器进行功率输出调节，判断反馈温度是否达到设定的目标温度，若否继续调节，若是，达到目标温度后进行保持，直到沿程主管路以及盐雾防护舱温度稳定；

S3、启动湿度调节单元，供水装置将水从水塔中抽取提供至软水器进行软化处理，可防止自来水在蒸汽发生器中蒸发后结成水垢，蒸汽发生器中产生的高温蒸汽通过高温蒸汽管路输送至大流量蒸汽快速扩散器中，高温蒸汽通过大流量蒸汽快速扩散器均匀进入主管路，从而实现对主管路中来流空气的均匀加湿，测控单元通过对控制蒸汽电动控制阀门的开度实时闭环控制，从而实现对湿度环境的精准模拟；同时启动盐雾混合调节单元中盐雾喷射装置以及动态盐雾取样单元中隔膜真空泵，从而实现主管路中的盐雾施加和检测；

S4、根据主管路质量流量计的读数对流量调节阀进行调节来实现等速取样器对来流空气的等速取样，使得取样样品具有代表性；根据离子分析仪的检测结果对盐雾喷射装置的盐雾喷射流量进行调节，从而实现海洋环境空气盐雾含量的精准模拟；

S5、具有一定温度、湿度、盐雾的空气进入盐雾防护舱，且在待测航空发动机周围形成稳定环境后，启动待测航空发动机进行测试，试验过程中记录待测航空发动机在不同工作状态下的各性能指标受综合盐雾环境影响的变化；试验过程中，来流含盐空气与待测航空发动机尾气经过排气降温装置和尾气处理装置的处理重新进入室外大气；

S6、试验结束后，对待测航空发动机进行分解并检查其各构件表面的腐蚀痕迹，进行相应记录。

(三)有益效果

本发明的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，其模拟航空发动机整机在海洋环境工作时经历的温、湿、盐雾等典型海洋环境气候，从而实现对航空发动机在此综合环境影响下的性能试验及评估。此外，该试验装置还可以对模拟环境的温度、湿度、含盐量进行精准控制和自由组合，从而实现航空发动机多种环境剖面的试验测试。。

附图说明

图1本发明的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置原理示意图。

图2本发明的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置结构示意图。

图3本发明的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置的测控系统构架图。

图4本发明的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置试验流程图。

图中：1-供气风机机组，2-空气过滤装置，3-风道式加热器，4-大流量蒸汽快速扩散器，5-蒸汽电动控制阀门，6-蒸汽发生器，7-软水器，8-供水装置，9-主管路电动阀门，10-主管路质量流量计，11-盐雾喷射装置，12-盐雾混合装置，13-等速取样器，14-多级吸收瓶，15-离子分析仪，16-浮子流量计，17-流量调节阀，18-隔膜真空泵，19-盐雾防护舱，20-待测航空发动机，21-发动机台架，22-排气降温装置，23-尾气处理装置。

具体实施方式

参见图1-2，本发明的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，包括顺次连接的供气单元、温度调节单元、湿度调节单元、盐雾混合调节单元、动态盐雾取样单元、盐雾防护舱单元、排气单元；各单元均分别连接至测控单元；供气单元为待测航空发动机供气，满足待测航空发动机工作时的吸气量；供气单元中，空气经供气管路送至供气风机机组1增压，增压后的压缩空气进入空气过滤装置2进行过滤后通过主管路送入温度调节单元；送气管路具有隔热保温结构，内层为非金属材料，中间层聚氨酯发泡隔热，外层包裹薄钢板；送气管路上设置调节阀门，调节阀门配合机组变频控制器实现供气流量的调节。

温度调节单元用于模拟待测航空发动机的进气温度，包括风道式加热器3、温度传感器、可控硅控制器；风道式加热器3连通在主管路上，其为高效开路镍铬合金电子加热器，其加热功率由可控硅控制器进行无级调节；测控单元根据目标温度点温度进行闭环反馈调节，实时改变加热功率，从而提高进气温度的控制精度。

湿度调节单元中，水由供水装置8经过软水器7软化后进入蒸汽发生器6，水在蒸汽发生器6形成干蒸汽，干蒸汽通过干蒸汽管路输送至末端的大流量蒸汽快速扩散器4，干蒸汽管路上设置蒸汽电动控制阀门5；大流量蒸汽快速扩散器4设置在主管路上，其分别连通温度调节单元和盐雾混合调节单元；温度调节单元与盐雾混合调节单元之间的主管路上还设置主管路电动阀门9和主管路质量流量计10。大流量蒸汽快速扩散器5具有汽水分离作用，可防止蒸汽输送过程中的冷凝水进入主管路，且大流量蒸汽快速扩散器5上根据截面形状设计有多个蒸汽喷口，最终可实现大截面均匀加湿以及缩短加湿吸收距离的功能。

盐雾混合调节单元用于模拟真实沿海环境的空气盐雾含量，其包括盐雾喷射装置11和盐雾混合装置12，盐雾喷射装置11向主管路喷射微量盐雾，其喷射量由可变转速电磁计量泵调节；盐雾混合装置12安装于主管路上，其将盐雾喷射装置11喷射出的微量盐雾采用高压气引射的方式打散成雾状，使其均匀地混合在动态空气中。

动态盐雾取样单元中，末端设置的隔膜真空泵18进行抽气，抽气先进入流量调节阀17进行流量调节实现主管路等速取样，再进入浮子流量计16，进而进入多级吸收瓶14将其中的氯离子滞留在瓶内吸收液中，离子分析仪15对多级吸收瓶14的吸收液进行分析以供计算动态空气中的含盐量，多级吸收瓶14进而连接至等速取样器13，等速取样器13安装于主管路上。

盐雾防护舱单元用以提供待测航空发动机20工作时的温、湿、盐雾环境空间，待测航空发动机20通过发动机台架21安装至盐雾防护舱19内部；盐雾防护舱19的进气入口形状为流线型，实现进气平稳，防止发动机发生非工作态喘振现象。盐雾防护舱19由上半舱和下半舱组成，上半舱由硬质透明PVC塑料板制成，为三棱柱结构；下半舱为长方体结构，内外壳体均采用PP塑料板拼接而成。上半舱斜顶顶部呈一定夹角，夹角110°，可避免冷凝水滴落，上半舱内表面带电镀膜装置，可除雾防冷凝水。下半舱底部设置钛合金铠装式电加热管的加热层及排水装置。舱体整体采用耐高温、耐腐蚀硅胶条密封，保证箱内腐蚀气体不泄露。舱体适当位置安有起吊螺栓，舱体底部设计隔振装置。

排气单元用于排出试验后废气并对废气进行降温和吸附处理，其顺次设置排气降温装置22和尾气处理装置23，防止试验用气体对环境造成污染。

参见图3，测控单元负责该试验装置的闭环控制，包括试验测控室、试验工位处的PLC控制机柜，试验测控室设置计算机和配电柜，PLC控制机柜设置PLC控制器和直流电源，计算机与PLC控制器之间通过以太网通讯，配电柜为直流电源供电。

PLC控制器接收该试验装置的数字量信号反馈、进气测量参数，并发出数字量信号输出、控制信号；所述数字量信号反馈包括风机启停状态反馈、加热器状态反馈、蒸汽发生器状态反馈、盐雾装置状态反馈；所述进气测量参数包括进气温度、进气压力、进气湿度、进气盐雾浓度、进气质量流量；所述数字量信号输出包括风机变频器开关、加热器启动、蒸汽发生器启动、盐雾装置启动；所述控制信号包括温度调功器、压力控制调节阀、蒸发器调节阀、盐雾流量调节、供气量调节。

参见图4，本发明的一种航空发动机盐雾敏感性实验装置的使用方法，包括以下步骤：

S1、设定空气流量后，开启供气单元中供气风机机组1，根据待测航空发动机吸气的目标流量以及主管路质量流量计10的反馈进行闭环调节直到流量稳定；

S2、启动温度调节单元，根据试验目标温度对风道式电加热器3进行功率输出调节，判断反馈温度是否达到设定的目标温度，若否继续调节，若是，达到目标温度后进行保持，直到沿程主管路以及盐雾防护舱19温度稳定；

S3、启动湿度调节单元，供水装置8将水从水塔中抽取提供至软水器7进行软化处理，可防止自来水在蒸汽发生器6中蒸发后结成水垢，蒸汽发生器6中产生的高温蒸汽通过高温蒸汽管路输送至大流量蒸汽快速扩散器4中，高温蒸汽通过大流量蒸汽快速扩散器4均匀进入主管路，从而实现对主管路中来流空气的均匀加湿，测控单元通过对控制蒸汽电动控制阀门5的开度实时闭环控制，从而实现对湿度环境的精准模拟；同时启动盐雾混合调节单元中盐雾喷射装置11以及动态盐雾取样单元中隔膜真空泵18，从而实现主管路中的盐雾施加和检测；

S4、根据主管路质量流量计10的读数对流量调节阀17进行调节来实现等速取样器13对来流空气的等速取样，使得取样样品具有代表性；根据离子分析仪15的检测结果对盐雾喷射装置11的盐雾喷射流量进行调节，从而实现海洋环境空气盐雾含量的精准模拟；

S5、具有一定温度、湿度、盐雾的空气进入盐雾防护舱19，且在待测航空发动机周围形成稳定环境后，启动待测航空发动机进行测试，试验过程中记录待测航空发动机在不同工作状态下的各性能指标受综合盐雾环境影响的变化；试验过程中，来流含盐空气与待测航空发动机尾气经过排气降温装置22和尾气处理装置23的处理重新进入室外大气；

S6、试验结束后，对待测航空发动机进行分解并检查其各构件表面的腐蚀痕迹，进行相应记录。

Claims (6)

1.一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，其特征在于，包括顺次连接的供气单元、温度调节单元、湿度调节单元、盐雾混合调节单元、动态盐雾取样单元、盐雾防护舱单元、排气单元；各单元均分别连接至测控单元；供气单元为待测航空发动机供气，满足待测航空发动机工作时的吸气量；供气单元中，空气经供气管路送至供气风机机组增压，增压后的压缩空气进入空气过滤装置进行过滤后通过主管路送入温度调节单元；送气管路具有隔热保温结构，内层为非金属材料，中间层聚氨酯发泡隔热，外层包裹薄钢板；送气管路上设置调节阀门，调节阀门配合机组变频控制器实现供气流量的调节；

温度调节单元用于模拟待测航空发动机的进气温度，包括风道式加热器、温度传感器、可控硅控制器；风道式加热器连通在主管路上，其为高效开路镍铬合金电子加热器，其加热功率由可控硅控制器进行无级调节；测控单元根据目标温度点温度进行闭环反馈调节，实时改变加热功率，从而提高进气温度的控制精度；湿度调节单元中，水由供水装置经过软水器软化后进入蒸汽发生器，水在蒸汽发生器形成干蒸汽，干蒸汽通过干蒸汽管路输送至末端的大流量蒸汽快速扩散器，干蒸汽管路上设置蒸汽电动控制阀门；大流量蒸汽快速扩散器设置在主管路上，其分别连通温度调节单元和盐雾混合调节单元；温度调节单元与盐雾混合调节单元之间的主管路上还设置主管路电动阀门和主管路质量流量计；

盐雾混合调节单元用于模拟真实沿海环境的空气盐雾含量，其包括盐雾喷射装置和盐雾混合装置，盐雾喷射装置向主管路喷射微量盐雾，其喷射量由可变转速电磁计量泵调节；盐雾混合装置安装于主管路上，其将盐雾喷射装置喷射出的微量盐雾采用高压气引射的方式打散成雾状，使其均匀地混合在动态空气中；

动态盐雾取样单元中，末端设置的隔膜真空泵进行抽气，抽气先进入流量调节阀进行流量调节实现主管路等速取样，再进入浮子流量计，进而进入多级吸收瓶将其中的氯离子滞留在瓶内吸收液中，离子分析仪对多级吸收瓶的吸收液进行分析以供计算动态空气中的含盐量，多级吸收瓶进而连接至等速取样器，等速取样器安装于主管路上。

2.如权利要求1所述的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，其特征在于，盐雾防护舱单元用以提供待测航空发动机工作时的温、湿、盐雾环境空间，待测航空发动机通过发动机台架安装至盐雾防护舱内部。

3.如权利要求2所述的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，其特征在于，排气单元用于排出试验后废气并对废气进行降温和吸附处理，其顺次设置排气降温装置和尾气处理装置，防止试验用气体对环境造成污染。

4.如权利要求3所述的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，其特征在于，测控单元负责该试验装置的闭环控制，包括试验测控室、试验工位处的PLC控制机柜，试验测控室设置计算机和配电柜，PLC控制机柜设置PLC控制器和直流电源，计算机与PLC控制器之间通过以太网通讯，配电柜为直流电源供电。

5.如权利要求4所述的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置，其特征在于，PLC控制器接收该试验装置的数字量信号反馈、进气测量参数，并发出数字量信号输出、控制信号；所述数字量信号反馈包括风机启停状态反馈、加热器状态反馈、蒸汽发生器状态反馈、盐雾装置状态反馈；所述进气测量参数包括进气温度、进气压力、进气湿度、进气盐雾浓度、进气质量流量；所述数字量信号输出包括风机变频器开关、加热器启动、蒸汽发生器启动、盐雾装置启动；所述控制信号包括温度调功器、压力控制调节阀、蒸发器调节阀、盐雾流量调节、供气量调节。

6.一种如权利要求5所述的一种航空发动机盐雾敏感性试验装置的使用方法，其特征在于，

包括以下步骤：

S1、设定空气流量后，开启供气单元中供气风机机组，根据待测航空发动机吸气的目标流量以及主管路质量流量计的反馈进行闭环调节直到流量稳定；

S2、启动温度调节单元，根据试验目标温度对风道式电加热器进行功率输出调节，判断反馈温度是否达到设定的目标温度，若否继续调节，若是，达到目标温度后进行保持，直到沿程主管路以及盐雾防护舱温度稳定；

S3、启动湿度调节单元，供水装置将水从水塔中抽取提供至软水器进行软化处理，可防止自来水在蒸汽发生器中蒸发后结成水垢，蒸汽发生器中产生的高温蒸汽通过高温蒸汽管路输送至大流量蒸汽快速扩散器中，高温蒸汽通过大流量蒸汽快速扩散器均匀进入主管路，从而实现对主管路中来流空气的均匀加湿，测控单元通过对控制蒸汽电动控制阀门的开度实时闭环控制，从而实现对湿度环境的精准模拟；同时启动盐雾混合调节单元中盐雾喷射装置以及动态盐雾取样单元中隔膜真空泵，从而实现主管路中的盐雾施加和检测；

S4、根据主管路质量流量计的读数对流量调节阀进行调节来实现等速取样器对来流空气的等速取样，使得取样样品具有代表性；根据离子分析仪的检测结果对盐雾喷射装置的盐雾喷射流量进行调节，从而实现海洋环境空气盐雾含量的精准模拟；

S5、具有一定温度、湿度、盐雾的空气进入盐雾防护舱，且在待测航空发动机周围形成稳定环境后，启动待测航空发动机进行测试，试验过程中记录待测航空发动机在不同工作状态下的各性能指标受综合盐雾环境影响的变化；试验过程中，来流含盐空气与待测航空发动机尾气经过排气降温装置和尾气处理装置的处理重新进入室外大气；

S6、试验结束后，对待测航空发动机进行分解并检查其各构件表面的腐蚀痕迹，进行相应记录。

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