CN111044251B - 一种声衬表面流动阻力的直接测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声衬表面流动阻力的直接测量装置和方法，该测量装置包括：驻室下盖板、密封圈、驻室外壳、升降基座、被测声衬、迷宫隔板、天平转接板、天平和流管；驻室下盖板、密封圈和驻室外壳依次套装在升降基座上；被测声衬、天平转接板和天平依次连接，天平底部安装在升降基座上；迷宫隔板套装在被测声衬上；被测声衬设置在流管的凹槽内,被测声衬上表面与凹槽壁面之间不接触、间隔设置。本发明解决了现有测量方案存在的操作复杂、测量精度低的问题。

Description

一种声衬表面流动阻力的直接测量装置和方法

技术领域

本发明属于试验空气动力学测量技术领域，尤其涉及一种声衬表面流动阻力的直接测量装置和方法。

背景技术

声衬是航空发动机短舱降噪的常用结构件，能够有效降低由于发动机工作、发动机与气流相互作用产生的噪声，但同时也会给飞行器带来额外的阻力，从而影响飞行器的航程和运输能力。近年来，人们越来越关注声衬的减阻问题，在声衬研制阶段，要对声衬表面的流动阻力进行评估，多采用试验方法。

目前通常采用的方法是：将声衬安装在声阻抗测试系统的流管中，并使用单个或多个单分量天平安装在声衬下方对声衬上的载荷进行测量。由于要测量气流作用在声衬上产生的阻力，所以声衬不能与流管接触，需要在声衬四周与流管壁之间留有间隙。试验时，由于安装误差等原因会导致在声衬前、后端面之间形成压力差，从而影响天平对声衬表面流动阻力的测量，需要分别在声衬前后端面布置多个静压测量点，获得压力差值并在天平测量的载荷中予以扣除，才能获得最终的声衬表面流动阻力值，操作复杂。

另外，现有做法多采用单分量或2分量天平，难以有效消除由于声衬上下表面压力差产生的法向力Fy和天平产生的力矩Mz作用对声衬上表面的流动阻力Fx测量的干扰，测量精度低。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种声衬表面流动阻力的直接测量装置和方法，解决了现有测量方案存在的操作复杂、测量精度低的问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种声衬表面流动阻力的直接测量装置，包括：驻室下盖板、密封圈、驻室外壳、升降基座、被测声衬、迷宫隔板、天平转接板、天平和流管；

驻室下盖板、密封圈和驻室外壳依次套装在升降基座上；

被测声衬、天平转接板和天平依次连接，天平底部安装在升降基座上；

迷宫隔板套装在被测声衬上；

被测声衬设置在流管的凹槽内,被测声衬上表面与凹槽壁面之间不接触、间隔设置。

在上述声衬表面流动阻力的直接测量装置中，迷宫隔板与流管的外壁下表面之间的间隙d0满足如下安装条件：

0.3≤d0≤0.5mm。

在上述声衬表面流动阻力的直接测量装置中，被测声衬上表面与迷宫隔板下表面之间的距离h2满足如下安装条件：

h2＝d0+d1+d2

其中，d1表示流管在凹槽位置处的壁厚；d2表示迷宫隔板的厚度。

在上述声衬表面流动阻力的直接测量装置中，迷宫隔板下表面与流管的外壁下表面之间的距离h满足如下安装条件：

h1-h2-h≤0.05mm

其中，h1表示流管内壁下表面与外壁下表面之间的距离。

在上述声衬表面流动阻力的直接测量装置中，天平采用三分量盒式应变天平。

本发明还公开了一种声衬表面流动阻力的直接测量方法，包括：

将驻室下盖板、密封圈、驻室外壳、升降基座、被测声衬、迷宫隔板、天平转接板、天平和流管按照装配顺序和安装条件进行装配，得到声衬表面流动阻力的直接测量装置；

吹风前，采集得到天平各单元电桥输出电压，记作U0；

吹风开始后，流管中形成稳定气流，稳定气流作用于被测声衬表面，产生载荷；天平感受被测声衬所受载荷后，天平各单元电桥输出电压产生变化，采集变化后的电压，记作Ut；

根据U0和Ut，解算得到变化电压ΔU＝Ut-U0；

将ΔU代入天平工作公式，解算得到吹风时声衬表面流动阻力的值。

在上述声衬表面流动阻力的直接测量方法中，将驻室下盖板、密封圈、驻室外壳、升降基座、被测声衬、迷宫隔板、天平转接板、天平和流管按照装配顺序和安装条件进行装配，得到声衬表面流动阻力的直接测量装置，包括：

将驻室下盖板、密封圈和驻室外壳依次套装在升降基座上；

将被测声衬、天平转接板和天平依次连接，天平底部安装在升降基座上；

将迷宫隔板套装在被测声衬上；

将被测声衬设置在流管的凹槽内,被测声衬上表面与凹槽壁面之间不接触、间隔设置。

在上述声衬表面流动阻力的直接测量方法中，迷宫隔板与流管的外壁下表面之间的间隙d0满足如下安装条件：

0.3≤d0≤0.5mm。

在上述声衬表面流动阻力的直接测量方法中，被测声衬上表面与迷宫隔板下表面之间的距离h2满足如下安装条件：

h2＝d0+d1+d2

其中，d1表示流管在凹槽位置处的壁厚；d2表示迷宫隔板的厚度。

在上述声衬表面流动阻力的直接测量方法中，迷宫隔板下表面与流管的外壁下表面之间的距离h满足如下安装条件：

h1-h2-h≤0.05mm

其中，h1表示流管内壁下表面与外壁下表面之间的距离。

本发明具有以下优点：

(1)本发明公开了一种声衬表面流动阻力的直接测量方案，在被测声衬前后端面及左右两侧面均设置了曲回迷宫结构，能够有效降低前后端面之间的压力差，不需要再采用测量前后端面压力的方法进行扣除修正，极大地简化了试验流程。

(2)本发明公开了一种声衬表面流动阻力的直接测量方案，采用三分量盒式应变天平对被测声衬上的载荷进行测量，能够有效消除由于Fy和Mz作用对Fx测量的干扰，提高Fx的测量精度。

附图说明

图1是本发明实施例中一种声衬表面流动阻力的直接测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中一种流管的半轴测剖视图；

图3是本发明实施例中一种流管的正剖视图；

图4是图1中位置A处的放大示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。

实施例1

本发明公开了一种声衬表面流动阻力的直接测量装置，将迷宫隔板安装在被测声衬四周，并利用流管下壁面、驻室外壳组成曲回迷宫结构，减少了被测声衬前后端面串扰气流，进而降低了被测声衬前后端面压力差。进一步的，将天平安装在被测声衬下表面，可实现对被测声衬上表面的流动阻力Fx、由Fx作用对天平产生的力矩Mz、以及由被测声衬上下表面压力差产生的法向力Fy的测量。

如图1～3，在本实施例中，该声衬表面流动阻力的直接测量装置，包括：驻室下盖板101、密封圈102、驻室外壳103、升降基座104、被测声衬105、迷宫隔板106、天平转接板107、天平108和流管109。

优选的，驻室下盖板101、密封圈102和驻室外壳103依次套装在升降基座104上；被测声衬105、天平转接板107和天平108依次连接，天平108底部安装在升降基座104上；迷宫隔板106套装在被测声衬105上；被测声衬105设置在流管109的凹槽1091内,被测声衬105上表面与凹槽1091壁面之间不接触、间隔设置。

在本实施例中，如图4，该声衬表面流动阻力的直接测量装置满足如下安装条件：

a)迷宫隔板106与流管109的外壁下表面之间的间隙d0满足如下安装条件：

0.3≤d0≤0.5mm

b)被测声衬105上表面与迷宫隔板106下表面之间的距离h2满足如下安装条件：

h2＝d0+d1+d2

c)迷宫隔板106下表面与流管(109)的外壁下表面之间的距离h满足如下安装条件：

h1-h2-h≤0.05mm

其中，d1表示流管109在凹槽1091位置处的壁厚；d2表示迷宫隔板106的厚度；h1表示流管109内壁下表面与外壁下表面之间的距离。

在本实施例中，天平108采用三分量盒式应变天平。

实施例2

在上述实施例的基础上，本发明还公开了一种声衬表面流动阻力的直接测量方法，包括：

步骤S1，将驻室下盖板101、密封圈102、驻室外壳103、升降基座104、被测声衬105、迷宫隔板106、天平转接板107、天平108和流管109按照装配顺序和安装条件进行装配，得到声衬表面流动阻力的直接测量装置。

步骤S2，吹风前，采集得到天平108各单元电桥输出电压，记作U0。

步骤S3，吹风开始后，流管109中形成稳定气流，稳定气流作用于被测声衬105表面，产生载荷；天平108感受被测声衬105所受载荷后，天平108各单元电桥输出电压产生变化，采集变化后的电压，记作Ut。

步骤S4，根据U0和Ut，解算得到变化电压ΔU＝Ut-U0。

步骤S5，将ΔU代入天平工作公式，解算得到吹风时声衬表面流动阻力的值。

在本发明的一优选实施例中，步骤S1的具体实现可以如下：

S11，预先将驻室下盖板101、密封圈102、驻室外壳103按顺序依次套装在圆柱形升降基座104上，并向下放置，使驻室外壳103上表面低于升降基座104上表面。

S12，尺寸预测量。

在本实施例中，可以预先测量流管109的内壁下表面与流管109的外壁下表面之间的距离，记为h1；以及，S13，预先测量被测声衬105安装位置四周的流管壁厚度，记为d1；以及，预先测量迷宫隔板的厚度，记为d2。

S13，将被测声衬105与迷宫隔板106组装在一起，并使被测声衬105的上表面与迷宫隔板106的下表面之间的距离为h2。

在本实施例中，h2＝d0+d1+d2，d0为迷宫隔板106与流管109的外壁下表面之间的间隙，0.3≤d0≤0.5mm。

S14，将被测声衬105与天平转接板107组装。

S15，将天平108固定端按规定的方向和位置安装在升降基座上104，将被测声衬105安装在天平108的测量端。

S16，驱动升降基座104上升，直至迷宫隔板106下表面高于流管外壁下表面。

S17，使用深度尺测量迷宫隔板106下表面与流管109的外壁下表面之间的距离，记为h；并通过调整升降基座104的高度，使二者之间的距离达到h±0.05mm。其中h＝h2-h1。

S18，将驻室外壳103抬起，并安装在流管109的外壁下表面，形成迷宫。

S19，将密封圈102、驻室下盖板101安装在驻室外壳103的下壁外表面，形成密闭驻室。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种声衬表面流动阻力的直接测量装置，其特征在于，包括：驻室下盖板(101)、密封圈(102)、驻室外壳(103)、升降基座(104)、被测声衬(105)、迷宫隔板(106)、天平转接板(107)、天平(108)和流管(109)；

天平(108)采用三分量盒式应变天平；

驻室下盖板(101)、密封圈(102)和驻室外壳(103)依次套装在升降基座(104)上；

被测声衬(105)、天平转接板(107)和天平(108)依次连接，天平(108)底部安装在升降基座(104)上；

迷宫隔板(106)套装在被测声衬(105)上；

被测声衬(105)设置在流管(109)的凹槽(1091)内,被测声衬(105)上表面与凹槽(1091)壁面之间不接触、间隔设置；

其中，

迷宫隔板(106)与流管(109)的外壁下表面之间的间隙d0满足如下安装条件：

0.3≤d0≤0.5mm

被测声衬(105)上表面与迷宫隔板(106)下表面之间的距离h2满足如下安装条件：

h2＝d0+d1+d2

其中，d1表示流管(109)在凹槽(1091)位置处的壁厚；d2表示迷宫隔板(106)的厚度；

迷宫隔板(106)下表面与流管(109)的外壁下表面之间的距离h满足如下安装条件：

h1-h2-h≤0.05mm

其中，h1表示流管(109)内壁下表面与外壁下表面之间的距离。

2.一种如权利要求1所述的声衬表面流动阻力的直接测量装置的直接测量方法，其特征在于，包括：

吹风前，采集得到天平(108)各单元电桥输出电压，记作U0；

吹风开始后，流管(109)中形成稳定气流，稳定气流作用于被测声衬(105)表面，产生载荷；天平(108)感受被测声衬(105)所受载荷后，天平(108)各单元电桥输出电压产生变化，采集变化后的电压，记作Ut；

根据U0和Ut，解算得到变化电压ΔU＝Ut-U0；

将ΔU代入天平工作公式，解算得到吹风时声衬表面流动阻力的值。

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