CN111076923B - 一种高温燃气调节器的流量连续标定系统及方法 - Google Patents

一种高温燃气调节器的流量连续标定系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温燃气调节器的流量连续标定系统及方法，该系统中燃气发生器的燃气出口安装主管路，主管路上沿着燃气流动方向依次设有节流圈和出口喉部管；分支管路入口连接于燃气发生器与节流圈之间的主管路上，分支管路出口连接于节流圈与出口喉部管之间的主管路上；待标定燃气调节器安装在所述分支管路上；压力传感器为两个，分别位于节流圈入口侧以及出口侧；温度传感器位于节流圈入口侧。本发明利用发动机真实工况下燃气调节器的进出口压比和地面试验系统中燃气调节器的进出口压比等效的这一特性，简化了燃气发生器流量系数标定的步骤，有效降低了燃气调节器标定过程所需点火次数和配套产品数量，成本低。

Description

一种高温燃气调节器的流量连续标定系统及方法
技术领域
本发明属于航空航天技术领域，具体涉及了一种高温燃气调节器的流量连续标定系统及方法
背景技术
高压补燃循环发动机为实现工况大范围调节，可通过在燃气路设置燃气调节器实现。此时，由于工作介质的特殊性，地面冷空气和热空气与真实气体热力学性质存在显著差异，通过地面空气获得的燃气调节器转角与流量和压降的特性关系与真实介质差别较大。
要想实现发动机推力的精确调节，就必须在地面考核试验中获得燃气调节阀在真实介质下的流量特性。理想条件下需模拟燃气调节器不同进口压力、温度和燃气流量以获得燃气调节器转角与流量的特性曲线。但实际试验无法满足上述条件，只能进行单工况点试验，要获得覆盖发动机实际工作范围的流量特性曲线必须进行地面多次试验，每次试验必须单独进行燃气发生器点火才能获得高温高压富氧燃气，多次试验花费太大。
发明内容
为了解决背景技术中地面考核试验中获得燃气调节阀在真实介质下的流量特性需要只能进行单工况点试验，每次试验必须单独进行燃气发生器点火才能获得高温高压富氧燃气，导致试验花费太大、试验过程复杂的问题，本发明提供了一种高温燃气调节器的流量连续标定系统及方法，大幅简化标定试验系统和操作流程。
本发明的技术解决方案是：
本发明提供了一种高温燃气调节器的流量连续标定系统，包括燃气发生器、主管路、分支管路、节流圈、出口喉部管、压力传感器、温度传感器；
燃气发生器的燃气出口安装主管路，主管路上沿着燃气流动方向依次设有节流圈和出口喉部管；
分支管路入口连接于燃气发生器与节流圈之间的主管路上，分支管路出口连接于节流圈与出口喉部管之间的主管路上；待标定燃气调节器安装在所述分支管路上；
压力传感器为两个，分别位于节流圈入口侧以及出口侧；
温度传感器位于节流圈入口侧。
基于上述对标定系统的结构描述，现对采用该系统进行具体标定的方法进行介绍，其具体实现步骤如下：
步骤1：构建上述标定系统，并确定不同工况下节流圈和出口喉部管的尺寸；
步骤1.1：根据标定系统中燃气发生器总燃气流量等于流经燃气调节器的燃气流量与流经燃气节流圈的燃气流量之和这一特性，再结合气体流量公式得到以下关系式：
Figure GDA0003056298420000021
μ1为燃气调节器处流通面积为A1时的流量系数；
μ2为燃气节流圈面积为A2时的流量系数；
μ3为出口喉部管面积为A3时的流量系数；
k为气体常数；
π为燃气调节器进、出气口之间的压比；
步骤1.2：依据发动机真实工作条件下的燃气发生器进、出气口之间的压比与标定系统中燃气燃气发生器进、出气口之间的压比等效的原则并选取发动机真实工作状态2N个工况下所对应的2N个燃气调节器压比π，及2N个燃气调节器的开度A1，代入步骤1.1的公式中，即可计算获得N个节流圈和N个出口喉部管尺寸参数；
计算过程中μ1取值为1，μ2、μ3取值范围均为0.5至1；N≥1；
步骤2：将N个节流圈和N个出口喉部管分为N组分别安装至标定系统内，每组单独进行试验，试验过程连续调整燃气调节器开度，可得到N组燃气调节器前后压比π、燃气调节器的流量系数μ1以及燃气调节器流通面积A1的关系曲线，对多组关系曲线进行拟合得到三维数值表，通过查询三维数值表即可得到任意燃气发生器开度下，燃气发生器的流量系数。
进一步地，上述燃气发生器总燃气流量Q通过超声速气体流量公式获取，其具体表达式为：
Figure GDA0003056298420000031
其中，p2-燃气发生器的出口压力,Pa；
所述流经燃气调节器的燃气流量Q1以及流经燃气节流圈的燃气流量Q2通过亚声速气体流量公式获取，其具体表达式为：
Figure GDA0003056298420000032
Figure GDA0003056298420000033
其中，p1-燃气发生器的入口压力,Pa。
进一步地，上述N为2时，2个燃气调节器压比分别为发动机最大工况和发动机最小工况时燃气调节器最小开度和最大开度前后的压比。
本发明的有益效果是：
本发明标定系统采用燃气发生器、主管路、分支管路、节流圈、出口喉部管、压力传感器、温度传感器组成，利用发动机真实工况下燃气调节器的进出口压比和地面试验系统中燃气调节器的进出口压比等效的这一特性，简化了燃气发生器流量系数标定的步骤，并通过分别向标定系统安装至少一组节流圈和出口后部管，可获得发动机全工况范围内燃气调节器的流量特性，试验方法简单，有效降低现有燃气调节器标定过程中所需点火次数和配套产品数量，成本低，该方法满足工程使用要求。
本发明建立的标定系统，结构简单，易于实现。
附图说明
图1是高温燃气调节装置标定系统的组成示意图。
1-燃气发生器、2-主管路、3-节流圈、4-分支管路、5-出口喉部管、6-燃气调节器。
具体实施方式
为使本领域技术人员更加清晰、准确的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1所述，本实施例提供了一种高温燃气调节器的流量连续标定系统，包括燃气发生器1、主管路2、分支管路4、节流圈3、出口喉部管5、压力传感器、温度传感器以及燃气调节器6；燃气发生器1的燃气出口安装主管路2，主管路2上沿着燃气流动方向依次设有节流圈3和出口喉部管5；分支管路4入口连接于燃气发生器1与节流圈3之间的主管路2上，分支管路4出口连接于节流圈3与出口喉部管5之间的主管路2上；待标定燃气调节器6安装在所述分支管路4上；压力传感器为两个，分别位于节流圈入口侧(图中P1)以及出口侧(图中P2)；温度传感器位于节流圈3入口侧(图中T)。
通过该系统以及发动机真实工作条件下的燃气发生器进、出气口之间的压比与标定系统中燃气燃气发生器进、出气口之间的压比等效的原则，从而实现了燃气发生器的流量系数标定，具体实现过程如下：
步骤1：确定不同工况下节流圈和出口喉部管的尺寸；
步骤1.1：根据标定系统中燃气发生器总燃气流量Q等于流经燃气调节器的燃气流量Q1与流经燃气节流圈的燃气流量Q2之和这一特性，再结合气体流量公式得到以下关系式：
Q＝Q1+Q2；(1)
燃气发生器总燃气流量Q通过超声速气体流量公式获取，其具体表达式为：
Figure GDA0003056298420000051
其中，p2-燃气发生器的出口压力,Pa；
所述流经燃气调节器的燃气流量Q1以及流经燃气节流圈的燃气流量Q2通过亚声速气体流量公式获取，其具体表达式为：
Figure GDA0003056298420000052
Figure GDA0003056298420000053
其中，p1-燃气发生器的入口压力,Pa；
根据公式(1)、(2)、(3)、(4)可得公式(5)：
则：
Figure GDA0003056298420000054
再对公式(5)进行简化，可得：
Figure GDA0003056298420000055
μ1：为燃气调节器处流通面积为A1时的流量系数；
μ2：为燃气节流圈面积为A2时的流量系数；
μ3：为出口喉部管面积为A3时的流量系数；
k：为气体常数；
π：为燃气调节器进、出气口之间的压比(π＝P1/P2)；
步骤1.2：依据发动机真实工作条件下的燃气发生器进、出气口之间的压比与标定系统中燃气燃气发生器进、出气口之间的压比等效的原则，并选取发动机真实工作状态2N个工况下所对应的2N个燃气调节器压比π，及2N个燃气调节器的开度A1，代入上述公式(6)中，即可获得N个节流圈和N个出口喉部管尺寸参数；计算时μ1取值为1，μ2、μ3取值范围均为0.5至1；N≥1；μ2、μ3的取值范围根据加工出的节流圈和出口喉部管质量所决定；
步骤2：将N个节流圈和N个出口喉部管分为N组分别安装至标定系统内，每组单独进行试验，试验过程连续调整燃气调节器开度，可得到N组燃气调节器前后压比π、燃气调节器的流量系数μ1以及燃气调节器流通面积A1的关系曲线，对多组关系曲线进行拟合得到三维数值表，通过查询三维数值表即可得到任意燃气发生器开度下，燃气发生器的流量系数。
为了时标定的精准度满足要求，同时减少标定次数，通常情况获得两组节流圈和出口喉部管尺寸即可，选取主要是根据发动机真实工作状态的最高工况和最低工况确定，即燃气调节器工作到最小开度和最大开度时前后的压比要求。
此时，最高工况压比πmax和燃气调节器最大开度A1max、最低工况压比πmin和燃气调节器最小开度A1min，由于k为已知数，将上述参数代入公式(6)中，即可获得最高工况和最低工况对应的两组燃气节流圈和出口喉部管尺寸参数。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种高温燃气调节器的流量连续标定方法，其特征在于，具体实现步骤如下：
步骤1：构建标定系统，并确定不同工况下节流圈和出口喉部管的尺寸；
所述标定系统包括燃气发生器、主管路、分支管路、节流圈、出口喉部管、压力传感器、温度传感器；
燃气发生器的燃气出口安装主管路，主管路上沿着燃气流动方向依次设有节流圈和出口喉部管；
分支管路入口连接于燃气发生器与节流圈之间的主管路上，分支管路出口连接于节流圈与出口喉部管之间的主管路上；待标定燃气调节器安装在所述分支管路上；
压力传感器为两个，分别位于节流圈入口侧以及出口侧；
温度传感器位于节流圈入口侧；
步骤1.1：根据标定系统中燃气发生器总燃气流量等于流经燃气调节器的燃气流量与流经燃气节流圈的燃气流量之和这一特性，再结合气体流量公式得到以下关系式：
Figure FDA0003056298410000011
μ1为燃气调节器处流通面积为A1时的流量系数；
μ2为燃气节流圈面积为A2时的流量系数；
μ3为出口喉部管面积为A3时的流量系数；
k为气体常数；
π为燃气调节器进、出气口之间的压比；
步骤1.2：依据发动机真实工作条件下的燃气发生器进、出气口之间的压比与标定系统中燃气发生器进、出气口之间的压比等效的原则并选取发动机真实工作状态2N个工况下所对应的2N个燃气调节器压比π，及2N个燃气调节器的开度A1，代入步骤1.1的公式中，即可计算获得N个节流圈和N个出口喉部管尺寸参数；计算时μ1取值为1，μ2、μ3取值范围均为0.5至1；N≥1；
步骤2：将N个节流圈和N个出口喉部管分为N组分别安装至标定系统内，每组单独进行试验，试验过程连续调整燃气调节器开度，可得到N组燃气调节器前后压比π、燃气调节器的流量系数μ1以及燃气调节器流通面积A1的关系曲线，对多组关系曲线进行拟合得到三维数值表，通过查询三维数值表即可得到任意燃气发生器开度下，燃气发生器的流量系数。
2.根据权利要求1所述的高温燃气调节器的流量连续标定方法，其特征在于：所述燃气发生器总燃气流量Q通过超声速气体流量公式获取，其具体表达式为：
Figure FDA0003056298410000021
其中，p2—燃气发生器的出口压力,Pa；
所述流经燃气调节器的燃气流量Q1以及流经燃气节流圈的燃气流量Q2通过亚声速气体流量公式获取，其具体表达式为：
Figure FDA0003056298410000022
Figure FDA0003056298410000023
其中，p1—燃气发生器的入口压力,Pa。
3.根据权利要求1所述的高温燃气调节器的流量连续标定方法，其特征在于：所述N为2时，2个燃气调节器压比分别为发动机最大工况和发动机最小工况时燃气调节器最小开度和最大开度前后的压比。
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