CN110726561A - 一种小型涡轮喷气发动机试验台 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种小型涡轮喷气发动机试验台,包括发动机试验台架以及数据采集控制系统，发动机试验台架用于各种类型的小型涡轮喷气发动机的安装测试；数据采集控制系统包括硬件部分以及用于对发动机测试后数据进行处理分析的软件部分；本发明适用于小型涡喷发动机移动试验台的通用测试系统，即借鉴先进的计算机辅助测试系统在测试、控制、数据处理等方面的经验，构建一个性能完善、通用性强的小型涡轮轴发动机通用测试系统，以满足试验台对于小型涡喷发动机的通用测试要求，该测试系统可以完成发动机试车过程中的程序加载、参数测试、数据处理、结果分析等复杂工作，降低操作人员的工作强度，缩短发动机试验与测试周期，减少发动机试车费用。

Description

一种小型涡轮喷气发动机试验台

技术领域

本发明实施例涉及航空发动机试验与测试技术领域，具体涉及一种小型涡轮喷气发动机试验台。

背景技术

高性能小型涡轮喷气发动机是发展高空高速无人机、巡航导弹的关键技术之一，其性能的稳定性和可靠性直接关系到装备能否正常工作。小型涡轮喷气发动机并不是大型发动机的等比例缩小，它具有自身的独特性能，如低压比、高转速、高温度梯度、叶尖间隙损失大等特点，导致应用大型航空发动机试验台的测量思路搭建的测试台测试精度并不能满足小型发动机的测试要求。

小型涡轮喷气发动机试验台为非标产品，国内相关的标准资料很少，缺乏可借鉴的设计思路，只能根据相关测试理论及经验探索设计方案，为试验与测试系统的设计在一定程度增加了难度，且现有市场上普遍使用的微/小型涡喷发动机试验台多为简易固定架，仅能用来对微/小型涡喷发动机的整机性能做初步分析与校核，对其推力等参数进行粗略测量，并没有规范的数据采集和显示系统。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种小型涡轮喷气发动机试验台，以解决现有技术中推力测量不精准的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种小型涡轮喷气发动机试验台,包括发动机试验台架以及数据采集控制系统，所述发动机试验台架用于各种类型的小型涡轮喷气发动机的安装测试；所述数据采集控制系统包括硬件部分以及用于对发动机测试后数据进行处理分析的软件部分；

所述发动机试验台架包括主体支撑架、进气组件、排气引射筒、设置在所述进气组件和排气引射筒之间用于固定安装待检测发动机的发动机支架、设置在所述发动机支架下方的移动组件、设置在所述主体支撑架的上方并承载所述移动组件的安装板以及用于测量所述待检测发动机参数的感应组件；所述主体支撑架上设置有用于对所述进气组件进行方位调节的进气导管支架；所述主体支撑架上设置有用于对所述排气引射筒进行方位调节的排气引射筒支架；调节所述进气导管支架、排气引射筒支架以及移动组件确保所述进气组件、待检测发动机以及排气引射筒位于同一轴线上；

在所述待检测发动机的一侧设置有推力传力机构，所述推力传力机构的一侧设置有通过三轴可调压力称重传感器支架架设的压力称重传感器。

本发明实施例的特征还在于，所述进气组件包括顺次连接的双扭线流量管、滤尘网、进气导管以及空气流速变送器，所述滤尘网和进气导管之间通过法兰盘连接。

本发明实施例的特征还在于，所述感应组件包括安装在所述待测试发动机上的转速传感器、温度传感器和压力传感器。

本发明实施例的特征还在于，所述移动组件包括固定安装在所述主体支撑架上的直线导轨、设置在所述直线导轨上的通过动力机构驱动沿着所述直线导轨移动的滑块，所述发动机支架固定安装在所述滑块上。

本发明实施例的特征还在于，所述发动机支架为U型支撑座，所述待测试发动机架设在所述U型支撑座的凹槽内部，并且在所述U型支撑座的顶端通过箍扎固定，在所述U型支撑座两个正对的侧壁的顶端设置有上下方向的安装孔，所述箍扎的两端通过定位销固定安装在所述安装孔的内部。

本发明实施例的特征还在于，所述空气流速变送器的空气流动探头直径为6mm，量程为10000FPM。

本发明实施例的特征还在于，所述硬件部分包括测试柜、设置在测试柜表面的用于调节控制以及显示待测试发动机测试状态的仪表组件以及设置在所述测试柜内部的用于支持所述数据采集控制系统工作的器件组件。

本发明实施例的特征还在于，所述仪表组件包括显示仪表、电源开关、发动机启动开关、转速数字显示屏、涡轮排气温度数字显示屏、计算机显示屏、转速控制旋钮、蜂鸣器、航空插头以及ECU。

本发明实施例的特征还在于，所述器件组件包括安全灭火装置、稳压直流电源、数据采集仪、油门控制开关、油箱以及计算机主机。

本发明实施例的特征还在于，所述软件部分包括数据采集、数据分析处理、数据存储、数据处理以及监测报警系统。

本发明实施例具有如下优点：

(1)本发明的通用性强：U型支撑座上通过抱箍固定的方式架设不同型号的发动机，直线导轨交叉排列在安装板上，通过纵向直线导轨在横向直线导轨上的移动可使试验台实现不同尺寸发动机的安装固定，并能任意调整发动机的安装位置，提高试验台的灵活性及通用性；

(2)本发明测试台测量精度高：压力称重传感器支架为三轴可调压力称重传感器支架。在该支架上安装压力称重传感器，一方面可确保推力与推力传感器的同心度，便于测试推力的校准与标定；另一方面可保证进气道进气通畅，不受推力测量部件的影响而发生进气畸变；

进气导管为双纽线流量管，即气体进口的型面曲线形状为双纽线，该进口部分的形状适合空气流束的形状，流场均匀，流动损耗小，保证来流空气均匀；

(3)本发明操作简便：该发动机的控制控制柜与试验台架之间的各种数据传输线采用航空插头连接，安装简便快捷；本试验台可供小型涡喷发动机在地面条件下进行发动机的整机试验；具备在计算机辅助试验系统的控制下按规定的程序进行试车的能力；本试验台测试系统能较为精确地获得小型涡喷发动机在不同转速状态下发动机进口空气流量、各特征截面进出口温度与压力、推力和油耗率等性能参数；具备对发动机性能试车数据进行初步处理的能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的整体结构的正面结构示意图；

图3为本发明的发动机试验台架的机构示意图；

图4为本发明的待检测发动机的固定时的结构示意图。

图中：

1-双扭线流量管；2-滤尘网；3-进气导管；4-进气导管支架；5-空气流速变送器；6-压力称重传感器；7-三轴可调压力称重传感器支架；8-待检测发动机；9-发动机支架；10-箍扎；

11-安装板；13-直线导轨；14-排气引射筒；15-排气引射筒支架；16-推力传力机构；17-主体支撑架；18-数据采集仪；19-油箱；

21-安全灭火装置；22-稳压直流电源；23-测试柜；24-ECU；25-转速数字显示屏；26-涡轮排气温度数字显示屏；27-显示仪表；28-电源开关；29-发动机启动开关；

30-转速控制旋钮；31-油门控制开关；32-蜂鸣器；33-计算机显示屏；34-防弹玻璃窗体；35-法兰盘；36-滑块；

901-凹槽；902-侧壁；903-安装孔；904-定位销。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明提供了一种小型涡轮喷气发动机试验台,旨在研究适合小型涡喷发动机移动试验台的通用测试系统，即借鉴先进的计算机辅助测试系统在测试、控制、数据处理等方面的经验，构建一个性能完善、通用性强的小型涡轮轴发动机通用测试系统，以满足试验台对于小型涡喷发动机的通用测试要求。该测试系统可以完成发动机试车过程中的程序加载、参数测试、数据处理、结果分析等复杂工作，降低操作人员的工作强度，缩短发动机检测周期，减少发动机试车费用。

具体的：

该发动机试验台包括发动机试验台架以及数据采集控制系统，所述发动机试验台架用于各种类型的小型涡轮喷气发动机的安装测试；所述数据采集控制系统包括硬件部分以及用于对发动机测试后数据进行处理分析的软件部分；

所述发动机试验台架包括主体支撑架17、进气组件、排气引射筒14、设置在所述进气组件和排气引射筒14之间用于固定安装待检测发动机8的发动机支架9、设置在所述发动机支架9下方的移动组件、设置在所述主体支撑架17的上方并承载所述移动组件的安装板11以及用于测量所述待检测发动机8参数的感应组件。

作为优选的实施方式：所述发动机试验台架的外围套装有防弹玻璃窗体34。安装板11材料为2014铝合金。

其中，所述进气组件包括顺次连接的双扭线流量管1、滤尘网2、进气导管3以及空气流速变送器5，所述滤尘网2和进气导管3之间通过法兰盘35连接。优选的，所述法兰盘35与所述进气导管3一体成型。

进一步的，流量测量管采用双扭线流量管1，材质为316L钢。其双扭线型面能基本实现空气无分离流动，压力损失小，在双扭线流量管1出口(测试截面)的压力和速度分布均匀。

所述进气导管3为管状接口件，材料选用316L钢。

所述滤尘网2是圆形网状结构，材料为316L钢，防止因外物吸入待检测发动机8而打坏机件，同时又把待检测发动机8中的尘沙等滤掉，以保证气流清洁，从而避免探针孔的堵塞。

所述空气流速变送器5的空气流动探头直径为6mm，量程为10000FPM，且空气流速变送器5为高可靠性的能输出工业统一标准信号的产品。

其中，所述感应组件包括安装在所述待测试发动机8上的转速传感器、温度传感器和压力传感器。

优选的，所述转速传感器、温度传感器和压力传感器均为高可靠性的能输出工业统一标准信号的产品。优选的，所述温度传感器的杆径为1.5mm，并带插头，优选数量为八个。

压力传感器的量程500KPa，优选数量为四个。

涡轮流量计安装在油箱19的输送管路上，实现燃油流量的测试与反馈，其量程为1000ml/min，数量是一个。

其中，所述移动组件包括固定安装在所述主体支撑架17上的直线导轨13、设置在所述直线导轨13上的通过动力机构驱动沿着所述直线导轨13移动的滑块36，所述发动机支架9固定安装在所述滑块36上。

优选的，所述直线导轨13为MISUMI的产品，其型号为SX2RN33L，数量是三对，每对所述直线导轨13上设置有两个滑块36。

其中，所述主体支撑架17是型材制作的金属结构支架，材料为2014铝合金；

所述排气引射筒14是普通圆柱阶梯管，材料为316L钢。

其中，所述发动机支架9为U型支撑座，所述待测试发动机8架设在所述U型支撑座的凹槽901内部，并且在所述U型支撑座的顶端通过箍扎10固定，在所述U型支撑座两个正对的侧壁902的顶端设置有上下方向的安装孔903，所述箍扎10的两端通过定位销904固定安装在所述安装孔903的内部。优选的，U型支撑座为U形金属结构支承座，材料为2014铝合金。

所述主体支撑架17上设置有用于对所述进气组件进行方位调节的进气导管支架4；所述主体支撑架17上设置有用于对所述排气引射筒14进行方位调节的排气引射筒支架15；调节所述进气导管支架4、排气引射筒支架15以及移动组件确保所述进气组件、待检测发动机8以及排气引射筒14位于同一轴线上。

其中，所述进气导管支架4和排气引射筒支架15均选用316L钢，为自主设计完成，数量是三个。

在所述待检测发动机8的一侧设置有推力传力机构16，优选的，所述推力传力机构16，采用316L钢；所述推力传力机构16的一侧设置有通过三轴可调压力称重传感器支架7架设的压力称重传感器6。

优选的，三轴可调压力称重传感器支架7是L型金属结构支架，材料为2014铝合金。压力称重传感器6为高可靠性的能输出工业统一标准信号的产品，圆柱状，量程1120N，数量是一个。

一方面可确保推力与推力传感器的同心度，另一方面可保证进气道进气通畅，不受推力测量部件的影响而发生进气畸变；安装板11与主体支撑架17固连，以确保台架本身的水平度。

所述硬件部分包括测试柜23、设置在测试柜23表面的用于调节控制以及显示待测试发动机8测试状态的仪表组件以及设置在所述测试柜23内部的用于支持所述数据采集控制系统工作的器件组件。

作为优选的实施方式：所述测试柜23的下表面还设置有刹车轮，优选数量为对称分布的8个，可以便于将测试柜23移动到合适的测量地点。

其中，所述仪表组件包括显示仪表27、电源开关28、发动机启动开关29、转速数字显示屏25、涡轮排气温度数字显示屏26、计算机显示屏33、转速控制旋钮30、蜂鸣器32、航空插头以及ECU24。

仪表组件主要用于显示待测试发动机8的各类参数，包含空气流量、推力、各特征截面的进出口温度和压力、耗油率(SFC)、转速(RPM)等。

进一步，所述航空插头为威普产品，型号为XC18F4，数量为二十个。

所述ECU(电子控制单元)24为待测试发动机8自带的电子控制单元。

其中，所述器件组件包括安全灭火装置21、稳压直流电源22、数据采集仪18、油门控制开关31、油箱19以及计算机主机。

进一步的，所述油箱19是金属结构箱体，数量是一个。

所述数据采集仪18拥有20通道、22位数据采集系统，带频率测量功能和数字I/O，数量为一个。

所述稳压直流电源22是明纬的产品，其型号为MDR-40-12，输出电压为12V，容量为40W，数量是五个。

所述软件部分包括数据采集、数据分析处理、数据存储、数据处理以及监测报警系统。

计算机用于数据采集，可根据需要自由配置。根据传感器在发动机内的测量位置确定其参数范围、灵敏度范围以及传感器安装方式等。由各传感器采集发动机各截面的温度、压力参数，获得电压信号后，通过信号放大器及信号处理器进行信号的放大及减噪处理；采用NI公司的LabVIEW软件平台将采集的电压信号转换成数字信号，并通过取均值方法消除采集时产生的偶然误差，基于燃气轮机的布雷顿循环获得发动机测试所需要的显示参数和监控参数，利用LabVIEW软件进行显示界面的设计，并根据结构安全性分析，确定关键参数的正常工作范围，对其进行重点监控实现其超限报警功能。

通过此发动机试验台的测试，可得到飞行、飞行高度(地面台架试验条件)下，发动机的推力F、耗油率SFC、各特征截面的温度和压力，进而得到压气机的增压比，涡轮出口温度以及空气流量等参数随发动机转速n的变化关系，从而有效地评估发动机的性能。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种小型涡轮喷气发动机试验台,其特征在于：包括发动机试验台架以及数据采集控制系统，所述发动机试验台架用于各种类型的小型涡轮喷气发动机的安装测试；所述数据采集控制系统包括硬件部分以及用于对发动机测试后数据进行处理分析的软件部分；

所述发动机试验台架包括主体支撑架(17)、进气组件、排气引射筒(14)、设置在所述进气组件和排气引射筒(14)之间用于固定安装待检测发动机(8)的发动机支架(9)、设置在所述发动机支架(9)下方的移动组件、设置在所述主体支撑架(17)的上方并承载所述移动组件的安装板(11)以及用于测量所述待检测发动机(8)参数的感应组件；所述主体支撑架(17)上设置有用于对所述进气组件进行方位调节的进气导管支架(4)；所述主体支撑架(17)上设置有用于对所述排气引射筒(14)进行方位调节的排气引射筒支架(15)；调节所述进气导管支架(4)、排气引射筒支架(15)以及移动组件确保所述进气组件、待检测发动机(8)以及排气引射筒(14)位于同一轴线上；

在所述待检测发动机(8)的一侧设置有推力传力机构(16)，所述推力传力机构(16)的一侧设置有通过三轴可调压力称重传感器支架(7)架设的压力称重传感器(6)。

2.根据权利要求1所述的一种小型涡轮喷气发动机试验台，其特征在于：所述进气组件包括顺次连接的双扭线流量管(1)、滤尘网(2)、进气导管(3)以及空气流速变送器(5)，所述滤尘网(2)和进气导管(3)之间通过法兰盘(35)连接。

3.根据权利要求1所述的一种小型涡轮喷气发动机试验台，其特征在于：所述感应组件包括安装在所述待测试发动机(8)上的转速传感器、温度传感器和压力传感器。

4.根据权利要求1所述的一种小型涡轮喷气发动机试验台，其特征在于：所述移动组件包括固定安装在所述主体支撑架(17)上的直线导轨(13)、设置在所述直线导轨(13)上的通过动力机构驱动沿着所述直线导轨(13)移动的滑块(36)，所述发动机支架(9)固定安装在所述滑块(36)上。

5.根据权利要求1所述的一种小型涡轮喷气发动机试验台，其特征在于：所述发动机支架(9)为U型支撑座，所述待测试发动机(8)架设在所述U型支撑座的凹槽(901)内部，并且在所述U型支撑座的顶端通过箍扎(10)固定，在所述U型支撑座两个正对的侧壁(902)的顶端设置有上下方向的安装孔(903)，所述箍扎(10)的两端通过定位销(904)固定安装在所述安装孔(903)的内部。

6.根据权利要求2所述的一种小型涡轮喷气发动机试验台，其特征在于：所述空气流速变送器(5)的空气流动探头直径为6mm，量程为10000FPM。

7.根据权利要求1所述的一种小型涡轮喷气发动机试验台，其特征在于：所述硬件部分包括测试柜(23)、设置在测试柜(23)表面的用于调节控制以及显示待测试发动机(8)测试状态的仪表组件以及设置在所述测试柜(23)内部的用于支持所述数据采集控制系统工作的器件组件。

8.根据权利要求7所述的一种小型涡轮喷气发动机试验台，其特征在于：所述仪表组件包括显示仪表(27)、电源开关(28)、发动机启动开关(29)、转速数字显示屏(25)、涡轮排气温度数字显示屏(26)、计算机显示屏(33)、转速控制旋钮(30)、蜂鸣器(32)、航空插头以及ECU(24)。

9.根据权利要求7所述的一种小型涡轮喷气发动机试验台，其特征在于：所述器件组件包括安全灭火装置(21)、稳压直流电源(22)、数据采集仪(18)、油箱(19)、油门控制开关(31)、以及计算机主机。

10.根据权利要求1所述的一种小型涡轮喷气发动机试验台，其特征在于：所述软件部分包括数据采集、数据分析处理、数据存储、数据处理以及监测报警系统。

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