CN110702415B - 一种吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置，属于吸气式发动机技术领域。本发明提供的一种吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置，通过灵活运用杠杆原理，设计负载模拟装置。一方面，通过电机、液压、气动等施力，可以大大降低同类试验对自由射流试验的依赖，降低能耗和试验成本，可以快速高效地验证调节规律和结构安全性。另一方面，风洞/自由射流试验均要求参试模型尺寸不能过大，否则试验流场条件无法建立。引入本发明试验装置后，可以打破试验资源对试验模型的尺寸约束，开展发动机尺度的可调流道验证试验。综上，本发明设计的试验装置，丰富了宽域吸气式发动机可调流道运动规律试验验证方法。

Description

一种吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置
技术领域
本发明属于吸气式发动机技术领域，具体涉及一种吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置。
背景技术
共用可调进气道与可调尾喷管可以将传统吸气式发动机流道结构高度集成、工作循环过程有机融合，形成宽速域吸气式发动机协同工作优势。以典型可调进气道为例(如图1所示)。进气道采用双通道并联布局形式，具体组成如下：
转动唇口板1、固定唇口板3、转动分流板4、固定底板6及侧板7(对称的另一侧侧板未显示)组成高速通道，匹配下游冲压发动机8工作。其中转动唇口板1与固定唇口板3通过唇口板铰链2连接，转动唇口板1可以绕唇口板铰链2转动；转动分流板4与固定底板6通过分流板铰链5连接，转动分流板4可以绕分流板铰链5转动。转动分流板4、固定顶板9、前体10、第一转动面12、可调喉道板14、第二转动面16、侧板7(对称的另一侧侧板未显示)组成低速通道，匹配下游涡轮发动机17。其中前体10与第一转动面12通过第一铰链11连接，第一转动面12可以绕第一铰链11转动；第一转动面12、可调喉道板14、第二转动面16依次通过第二铰链13、第三铰链15连接。驱动装置19可以推动调节机构18(类似平行四边形结构)，实现可调喉道板14在高度方向上平行升降。通过进气道高速通道与低速通道几何调节，可以实现不同飞行马赫数下进气道与冲压发动机或涡轮发动机匹配工作性能需求。因此，通过地面试验，验证可调进气道型面装配、调节机构设计、驱动装置选用等关键子系统集成特性，是决定可调进气道工程应用的前提条件。
在可调进气道流道型面确定后，往往基于等比例缩小的风洞试验模型进行试验，获取进气道气动性能。一是模型缩小后，会加剧进气道调节机构设计难度。基于气动性能验证目标，往往采用多个固定几何进气道缩尺模型，或者局部替换零件进行试验，无法考核调节功能。二是风洞试验基于相似性准则，重点模拟马赫数相似和几何相似，不模拟真实工作气压条件，也即不模拟可调进气道型面真实载荷条件，无法考核驱动装置能力。三是基于调节功能验证目标，只能依靠全尺寸、模拟真实工况的自由射流试验进行验证，试验配套系统复杂、准备周期长，试验成本极高。
因此，如何设计一种低成本、高效率试验装置，模拟给出进气道等可调流道载荷条件，用于流道调节功能验证，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种低成本、高效率试验装置，模拟给出进气道等可调流道载荷条件，用于流道调节功能验证。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置，包括试验模型、负载装置，该试验模型包括前体10、第一铰链11、第一转动面12、第二铰链13、可调喉道板14、第三铰链15、第二转动面16、安装平台21、唇口板22，侧板7，前体10与第一转动面12通过第一铰链11连接，第一转动面12与可调喉道板14通过第二铰链13连接，可调喉道板14与第二转动面16通过第三铰链15连接；所述负载装置通过杠杆原理设计。
优选地，所述负载装置包括滚轴24、压板车25、传力杆26、铰链轴27组成；利用多于两组滚轴24保持压板车25在可调喉道板14上表面可滑动，压板车25与传力杆26采用可拆卸机械连接方式固定连接，在唇口板22开设窗口，用于传力杆26经由该窗口穿出试验模型，在试验平台20上安装固定支架23，利用第四铰链27将传力杆26与固定支架23连接，在固定支架23固定不动的条件下，传力杆26可绕第四铰链27定轴转动。
优选地，所述装置还包括调节机构18、驱动装置19，调节机构18采用平行四边形结构，驱动装置19用于推动调节机构18，实现可调喉道板14在高度方向上平行升降。
优选地，所述装置还包括试验平台20，该试验模型固定于试验平台20上。
优选地，所述装置还包括安装平台21，调节机构18、驱动装置19位于安装平台21上，安装平台21位于试验平台20上。
优选地，所述试验模型的型面根据气动设计确定。
优选地，所述滚轴24为三组。
本发明还提供了一种利用所述的装置实现的试验方法，试验前，通过进气道气动仿真计算，获得第一转动面12、可调喉道板14、第二转动面16的表面载荷条件，该表面载荷条件表现为沿流道型面向下的压力和沿程摩擦阻力，通过调节传力杆26的几何尺寸、作用力28的施加方向与大小，模拟第一转动面12、可调喉道板14、第二转动面16在调节过程中的表面压力条件，并将该表面压力条件集中施加于可调喉道板14上；通过调整滚轴24的表面粗糙度，模拟气流流过第一转动面12、可调喉道板14、第二转动面16的表面摩擦力。
优选地，通过电机、液压或气动形式，实现所述作用力28的施加。
(三)有益效果
本发明提供的一种吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置，通过灵活运用杠杆原理，设计负载模拟装置。一方面，通过电机、液压、气动等施力，可以大大降低同类试验对自由射流试验的依赖，降低能耗和试验成本，可以快速高效地验证调节规律和结构安全性。另一方面，风洞/自由射流试验均要求参试模型尺寸不能过大，否则试验流场条件无法建立。引入本发明试验装置后，可以打破试验资源对试验模型的尺寸约束，开展发动机尺度的可调流道验证试验。综上，本发明设计的试验装置，丰富了宽域吸气式发动机可调流道运动规律试验验证方法。
附图说明
图1是目前的典型可调进气道结构示意图；
图2是本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供了一种吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置，通过向流道型面施加模拟载荷，高效、低成本地验证流道调节功能和结构安全性。下面基于图1所示的典型可调进气道的低速通道调节形式描述本发明的吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置。如图2所示，该装置包括试验模型、调节机构18、驱动装置19、试验平台20、安装平台21、负载装置，该试验模型简化成由前体10、第一铰链11、第一转动面12、第二铰链13、可调喉道板14、第三铰链15、第二转动面16、安装平台21、唇口板22、侧板7(对称的另一侧侧板未显示)组成，前体10与第一转动面12通过第一铰链11连接，第一转动面12与可调喉道板14通过第二铰链13连接，可调喉道板14与第二转动面16通过第三铰链15连接，模型型面根据气动设计确定；调节机构18采用平行四边形结构，驱动装置19用于推动调节机构18，实现可调喉道板14在高度方向上平行升降；该试验模型固定于试验平台20上，调节机构18、驱动装置19位于安装平台21上，安装平台21位于试验平台20上。
该负载装置由滚轴24(不安装少于两组)、压板车25、传力杆26、铰链轴27组成；具体地，利用多于两组滚轴24保持压板车25在可调喉道板14上表面可滑动，压板车25与传力杆26采用可拆卸机械连接方式固定连接。其次，在唇口板22开设窗口，用于传力杆26经由该窗口穿出试验模型，在试验平台20上安装固定支架23，利用第四铰链27将传力杆26与固定支架23连接，在固定支架23固定不动的条件下，传力杆26可绕第四铰链27定轴转动，最后，在传力杆26外端施加作用力28，使滚轴24被压紧贴合于可调喉道板14表面。
试验前，通过进气道气动仿真计算，可以获得第一转动面12、可调喉道板14、第二转动面16的表面载荷条件，根据进气道流动特点，该载荷条件将主要表现为沿流道型面向下的压力，和沿程摩擦阻力。因此通过调节传力杆26的几何尺寸、作用力28的施加方向与大小，可以模拟第一转动面12、可调喉道板14、第二转动面16在调节过程中的表面压力和摩擦力条件，并将其集中施加于可调喉道板14上；通过调整滚轴24的表面粗糙度，也可以近似模拟气流流过第一转动面12、可调喉道板14、第二转动面16的表面摩擦力。此外，可以通过电机、液压、气动等形式，实现作用力28的施加，从而替代传统吹风试验对于试验气流模拟条件的依赖。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种吸气式发动机可调流道运动规律验证试验装置，其特征在于，包括试验模型、负载装置，该试验模型包括前体(10)、第一铰链(11)、第一转动面(12)、第二铰链(13)、可调喉道板(14)、第三铰链(15)、第二转动面(16)、安装平台(21)、唇口板(22)，前体(10)与第一转动面(12)通过第一铰链(11)连接，第一转动面(12)与可调喉道板(14)通过第二铰链(13)连接，可调喉道板(14)与第二转动面(16)通过第三铰链(15)连接；所述负载装置通过杠杆原理设计；
所述负载装置包括滚轴(24)、压板车(25)、传力杆(26)、第四铰链(27)组成；利用多于两组滚轴(24)保持压板车(25)在可调喉道板(14)上表面可滑动，压板车(25)与传力杆(26)采用可拆卸机械连接方式固定连接，在唇口板(22)开设窗口，用于传力杆(26)经由该窗口穿出试验模型，在试验平台(20上安装固定支架(23)，利用第四铰链(27)将传力杆(26)与固定支架(23连接，在固定支架(23)固定不动的条件下，传力杆(26)可绕第四铰链(27)定轴转动。
2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括调节机构(18)、驱动装置(19)，调节机构(18)采用平行四边形结构，驱动装置(19)用于推动调节机构(18)，实现可调喉道板(14)在高度方向上平行升降。
3.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括试验平台(20)，该试验模型固定于试验平台(20)上。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述试验装置还包括安装平台(21)，调节机构(18)、驱动装置(19)位于安装平台(21)上，安装平台(21)位于试验平台(20)上。
5.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述试验模型的型面根据气动设计确定。
6.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述滚轴(24)为三组。
7.如权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括侧板(7)。
8.一种利用如权利要求2至7中任一项所述的试验装置实现的试验方法，其特征在于，试验前，通过进气道气动仿真计算，获得第一转动面(12)、可调喉道板(14)、第二转动面(16)的表面载荷条件，该表面载荷条件表现为沿流道型面向下的压力和沿程摩擦阻力，通过调节传力杆(26)的几何尺寸、作用力(28)的施加方向与大小，模拟第一转动面(12)、可调喉道板(14)、第二转动面(16)在调节过程中的表面压力条件，并将该表面压力条件集中施加于可调喉道板(14)上；通过调整滚轴(24)的表面粗糙度，模拟气流流过第一转动面(12)、可调喉道板(14)、第二转动面(16)的表面摩擦力。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，通过电机、液压或气动形式，实现所述作用力(28)的施加。
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