CN111896262B - 一种无源流体式旋流畸变发生器装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋流畸变发生器装置及方法，属于航空发动机试验设备技术领域。解决的是现有的获取进气旋流畸变参数的方法成本高，且不能模拟不同飞行工况下各种进气旋流畸变参数的问题。包括空气泵、截止阀、圆筒腔体、导流片套筒、三通转接管和连接软管，圆筒腔体均匀布置导流片套筒，导流片套筒通过截止阀与三通转接管连接，相邻三通转接管通过连接软管连接，对称的连接软管上安装有截止阀，其余的连接软管上安装有空气泵；导流片套筒内安装导流片转轴，导流片转轴上安装第一半圆导流片和第二半圆导流片；导流片转轴的一端连接计数器和小型转动电机，另一端连接限位器。可生成不同类型目标旋流，消除额外射流导致发动机进气流量改变，模拟准确。

Description

一种无源流体式旋流畸变发生器装置及方法

技术领域

本发明涉及一种旋流畸变发生器装置及方法，属于航空发动机试验设备技术领域。

背景技术

航空发动机是一种高度复杂和紧密的热力机械，作为飞机的心脏，不仅是飞机飞行的动力，也是促进航空事业发展的重要推动力，发动机进口会产生旋流。

航空发动机进气旋流是由进气道在特定工作状态下产生的，旋流对发动机性能和工作状态具有重要影响，甚至威胁飞行安全。现有的地面进气道和发动机联合实验成本高昂，并且不能模拟不同飞行工况下各种进气旋流畸变参数。

基于上述问题，亟需提出一种无源流体式旋流畸变发生器装置及方法，以解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种无源流体式旋流畸变发生器装置及方法，本发明研发解决的是现有的获取进气旋流畸变参数的方法成本高，且不能模拟不同飞行工况下各种进气旋流畸变参数的问题。在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

本发明的技术方案：

一种无源流体式旋流畸变发生器，包括空气泵、截止阀、圆筒腔体、导流片套筒、三通转接管和多个连接软管，圆筒腔体的侧壁均匀布置导流片套筒，导流片套筒的外端通过截止阀与三通转接管连接，相邻的三通转接管通过连接软管连接，对称的连接软管上安装有截止阀，其余的连接软管上安装有空气泵；

导流片套筒内转动安装有导流片转轴，导流片转轴上安装有第一半圆导流片和第二半圆导流片；

导流片转轴的一端连接计数器和小型转动电机，导流片转轴的另一端连接限位器。

优选的：圆筒腔体与导流片套筒的交界面为主次流交界面，旋流生成面位于导流片套筒下游的一倍圆筒腔体直径的位置，进发交界面位于导流片套筒下游的三倍圆筒腔体直径的位置。

优选的：空气泵的数量为四个，截止阀的数量为八个，导流片套筒的数量为六个。

优选的：第一半圆导流片和第二半圆导流片设置在次主流交界面处。

一种无源流体式旋流畸变发生器实现模拟不同飞行工况下各种进气旋流畸变参数的方法：包括以下步骤：

步骤一：预先开展无源流体式旋流畸变发生器的数值模拟，根据数值模拟结果，对次流孔的布置位置、抽吸/注入的气流速度、抽吸和注入气流角度等参数进行优化，形成满足特性目标旋流的优化参数组合；

步骤二：将旋流畸变发生器安装于带有负压抽吸、试验测量的试验平台，在圆筒腔体后方抽吸作用下，圆筒腔体内会形成从前到后的气流流动，采用测量耙，调节试验平台调压阀，可以获得目标流量值；

步骤三：关闭若干个气流截止阀，保持其它截止阀开启，调整空气泵的功率、第一半圆导流片和第二半圆导流片角度，空气泵驱动气流产生流动，从而对圆筒腔体内主气流进行气流抽吸和气流注入，从而产生旋流，以获得不同旋流类型，得到不同特征参数的旋流；

步骤四：通过多孔探针实时测量及反馈控制，使无源流体式旋流畸变发生器生成的旋流与目标旋流一致。

优选的：通过调节空气泵的功率、截止阀的开闭和变向导流片的角度，实现对次流气流速度、方向的控制，在旋流生成面生成不同类型及特性参数的目标旋流。

本发明具有以下有益效果：

1.相比传统的射流式旋流畸变发生器，本发明的一种无源流体式旋流畸变发生器无需额外的气流注入，即可生成不同类型及特性参数的目标旋流，消除了额外射流注入带来的发动机进气流量改变，避免了发动机进气流量改变造成工况模拟不准确问题；

2.本发明的一种无源流体式旋流畸变发生器通过调节空气泵的功率、截止阀的开闭实现对气流速度、方向的控制，相较于传统的射流式旋流畸变发生器成本低，简单易行；

3.通过控制次流口的气流导流片角度，易于实现对抽吸、注入气流角度的控制，已经开展的该装置旋流生成数值模拟数据验证了该装置原理的正确性。

附图说明

图1是一种无源流体式旋流畸变发生器的主要机械部件组成图；

图2是旋流产生原理的数值模拟分析图；

图3是旋流畸变类型及特性参数调试及校准所用的试验平台；

图4是无源流体式旋流畸变发生器产生的典型旋流类型（包括但不限）；

图5是导流片套筒结构示意图。

图中1-空气泵，2-截止阀，3-进发交界面，4-圆筒腔体，5-导流片套筒，6-三通转接管，7-连接软管，8-主次流交界面，9-旋流生成面，10-第一半圆导流片，11-第二半圆导流片，12-导流片转轴，13-计数器，14-限位器，15-小型转动电机。

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明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接（即为不可拆卸连接）包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺纹连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认为总能在现有连接方式中找到至少一种连接方式能够实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择铰链连接。

具体实施方式一：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的一种无源流体式旋流畸变发生器，包括空气泵1、截止阀2、圆筒腔体4、导流片套筒5、三通转接管6和多个连接软管7，圆筒腔体4为旋流畸变模拟器的外廓部件，圆筒腔体4的侧壁均匀布置导流片套筒5，导流片套筒5的外端通过截止阀2与三通转接管6连接，相邻的三通转接管6通过连接软管7连接，对称的连接软管7上安装有截止阀2，其余的连接软管7上安装有空气泵1，截止阀2的开关控制气流从圆筒腔体4的特定位置抽出，并沿特定位置注入；

导流片套筒5内转动安装有导流片转轴12，导流片转轴12上安装有第一半圆导流片10和第二半圆导流片11，利用导流片套筒5产生的次流与圆筒腔体4的主流的相互作用形成旋流，无需外部气流注入即可生成目标旋流，成本低，为了实现空气泵1两端所连接气流的正、反向流动，需要在图1所示图例基础上，在外部连接一套反向次流连接系统。

具体实施方式二：结合图1、图2、图4说明本实施方式，本实施方式的一种无源流体式旋流畸变发生器，圆筒腔体4与导流片套筒5的交界面为主次流交界面8，旋流生成面9位于导流片套筒5下游的一倍圆筒腔体4直径的位置，进发交界面3位于导流片套筒5下游的三倍圆筒腔体4直径的位置。

具体实施方式三：结合图1、图4说明本实施方式，本实施方式的一种无源流体式旋流畸变发生器，空气泵1的数量为四个，截止阀2的数量为八个，导流片套筒5的数量为六个。

具体实施方式四：结合图2、图4、图5说明本实施方式，本实施方式的一种无源流体式旋流畸变发生器，第一半圆导流片10和第二半圆导流片11设置在次主流交界面8处。

具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式的一种无源流体式旋流畸变发生器，导流片转轴12的一端连接计数器13和小型转动电机15，导流片转轴12的另一端连接限位器14，通过计数器13获得转动角度，通过限位器14对小型转动电机15的转动角度进行限制。

具体实施方式六：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的无源流体式旋流畸变发生器实现模拟不同飞行工况下各种进气旋流畸变参数的方法，包括以下步骤：

步骤一：预先开展无源流体式旋流畸变发生器的数值模拟，根据数值模拟结果，对次流孔的布置位置、抽吸/注入的气流速度、抽吸和注入气流角度等参数进行优化，形成满足特性目标旋流的优化参数组合；

步骤二：将旋流畸变发生器安装于带有负压抽吸、试验测量的试验平台，在圆筒腔体4后方抽吸作用下，圆筒腔体4内会形成从前到后的气流流动，采用测量耙，调节试验平台调压阀，可以获得目标流量值；

步骤三：关闭若干个气流截止阀2，保持其它截止阀2开启，调整空气泵1的功率、第一半圆导流片10和第二半圆导流片11角度，空气泵1驱动气流产生流动，从而对圆筒腔体4内主气流进行气流抽吸和气流注入，从而产生旋流，以获得不同旋流类型，得到不同特征参数的旋流；

步骤四：通过多孔探针实时测量及反馈控制，使无源流体式旋流畸变发生器生成的旋流与目标旋流一致。

具体实施方式七：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的一种无源流体式旋流畸变发生器实现模拟不同飞行工况下各种进气旋流畸变参数的方法，通过调节空气泵1的功率、截止阀2的开闭和变向导流片8的角度，实现对次流气流速度、方向的控制，在旋流生成面9生成不同类型及特性参数的目标旋流。

实施例1：当需要生成正向整涡旋流时，如说明书附图4左一所示，关闭旋流畸变发生器的五个截止阀2（

代表截止阀关闭），保持其它三个截止阀2开启（

代表截止阀开启）；关闭左侧的两个空气泵1，开启右侧的两个空气泵1；右侧空气泵1将气流从圆筒腔体4周向右下角抽出、左上角注入；参考数值模拟得到的流场数据，初步调整抽吸、射流口导流片的角度，在次流口下游的特定位置，采用多空探针测量此时的旋流特性参数；对比已有的目标旋流特性参数，视情况调整空气泵1的功率、导流片的角度，再测量得到生成的正向整涡旋流特性；调整的参数包括但不限于以上，经过若干次调整，直至生成的正向整涡旋流类型与目标旋流特征符合，二者旋流强度偏差在5%以内。

实施例2：当需要生成反向整涡旋流时，如说明书附图4左二所示，关闭旋流畸变发生器的五个截止阀2（

代表截止阀关闭），保持其它三个截止阀2开启（

代表截止阀开启）；关闭右侧的两个空气泵1，开启左侧的两个空气泵1；左侧空气泵1将气流从圆筒腔体4周向左下角抽出、右上角注入；参考数值模拟得到的流场数据，初步调整抽吸、射流口气流变向导流片的角度，在次流口下游的特定位置，采用多空探针测量此时的旋流特性参数；对比已有的目标旋流特性参数，视情况调整空气泵的功率、变向导流片的角度，再测量得到生成的反向整涡旋流特性；调整的参数包括但不限于以上，经过若干次调整，直至生成的反向整涡旋流类型与目标旋流特征符合，二者旋流强度偏差在5%以内。

实施例3：当需要生成正向偏置旋流时，如说明书附图4右二所示，关闭旋流畸变发生器的四个截止阀2（

代表截止阀关闭），保持其它四个截止阀2开启（

代表截止阀开启）；左侧的两个空气泵1在小功率状态工作，将气流从圆筒周向左下角抽出、左上角注入；右侧的两个空气泵1在大功率状态工作，将气流从圆筒腔体4周向右下角抽出、右上角注入；参考数值模拟得到的流场数据，初步调整空气泵1的功率以及抽吸、射流口气流变向导流片的角度，在次流口下游的特定位置，采用多空探针测量此时的旋流特性参数；对比已有的目标旋流特性参数，视情况调整空气泵1的功率、变向导流片的角度，再测量得到生成的正向偏置旋流特性；调整的参数包括但不限于以上，经过若干次调整，直至生成的正向偏置旋流类型与目标旋流特征符合，二者旋流强度偏差在5%以内。

实施例4：当需要生成双对涡旋流时，如说明书附图4右一所示，关闭旋流畸变发生器的两个截止阀2（

代表截止阀关闭），保持其它六个截止阀开启（

代表截止阀开启）；调节四个空气泵1，使之在相同的功率下工作；左侧的两个空气泵1将圆筒腔体4左侧中间位置的气流抽出、分别注入左上角、左下角；右侧的两个空气泵1将圆筒腔体4右侧中间位置的气流抽出、分别注入右上角、右下角；参考数值模拟得到的流场数据，初步调整空气泵1的功率以及抽吸、射流口气流变向导流片的角度，在次流口下游的特定位置，采用多空探针测量此时的旋流特性参数；对比已有的目标旋流特性参数，视情况调整空气泵1的功率、变向导流片的角度，再测量得到生成的双对涡旋流特性；调整的参数包括但不限于以上，经过若干次调整，直至生成的双对涡旋流类型与目标旋流特征符合，二者旋流强度偏差在5%以内。

使用过程：使用时，旋流的类型、强度等参数，受旋流测量截面的选取、空气泵的功率设定、次流口的位置及数量、次流口的形状、次流口气流变向导流片角度等因素的影响；需要根据目标旋流特性，调整以上参数，经过若干次调试，获得满足旋流强度偏差在5%以内的旋流畸变发生器参数组合，固化模型参数、记录变向导流片控制装置计数器读数，形成分别生成不同类型、不同流动特征旋流的参数库。

需要说明的是，在以上实施例中，只要不矛盾的技术方案都能够进行排列组合，本领域技术人员能够根据排列组合的数学知识穷尽所有可能，因此本发明不再对排列组合后的技术方案进行一一说明，但应该理解为排列组合后的技术方案已经被本发明所公开。

本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。

Claims (2)

1.无源流体式旋流畸变发生器实现模拟不同飞行工况下各种进气旋流畸变参数的方法，其特征在于：所述方法采用一种无源流体式旋流畸变发生器，包括空气泵（1）、截止阀（2）、圆筒腔体（4）、导流片套筒（5）、三通转接管（6）和多个连接软管（7），圆筒腔体（4）的侧壁均匀布置导流片套筒（5），导流片套筒（5）的外端通过截止阀（2）与三通转接管（6）连接，相邻的三通转接管（6）通过连接软管（7）连接，对称的连接软管（7）上安装有截止阀（2），其余的连接软管（7）上安装有空气泵（1）；

导流片套筒（5）内转动安装有导流片转轴（12），导流片转轴（12）上安装有第一半圆导流片（10）和第二半圆导流片（11）；

导流片转轴（12）的一端连接计数器（13）和小型转动电机（15），导流片转轴（12）的另一端连接限位器（14）；

圆筒腔体（4）与导流片套筒（5）的交界面为主次流交界面（8），旋流生成面（9）位于导流片套筒（5）下游的一倍圆筒腔体（4）直径的位置，进发交界面（3）位于导流片套筒（5）下游的三倍圆筒腔体（4）直径的位置；

包括以下步骤：

步骤一：预先开展无源流体式旋流畸变发生器的数值模拟，根据数值模拟结果，对次流孔的布置位置、抽吸和注入的气流速度、抽吸和注入气流角度参数进行优化，形成满足特性目标旋流的优化参数组合；

步骤二：将旋流畸变发生器安装于带有负压抽吸、试验测量的试验平台，在圆筒腔体（4）后方抽吸作用下，圆筒腔体（4）内会形成从前到后的气流流动，采用测量耙，调节试验平台调压阀，可以获得目标流量值；

步骤三：关闭若干个气流截止阀（2），保持其它截止阀（2）开启，调整空气泵（1）的功率、第一半圆导流片（10）和第二半圆导流片（11）角度，空气泵（1）驱动气流产生流动，从而对圆筒腔体（4）内主气流进行气流抽吸和气流注入，从而产生旋流，在旋流生成面（9）获得不同旋流类型，得到不同特征参数的旋流；

步骤四：通过多孔探针实时测量及反馈控制，使无源流体式旋流畸变发生器生成的旋流与目标旋流一致。

2.根据权利要求1所述的无源流体式旋流畸变发生器实现模拟不同飞行工况下各种进气旋流畸变参数的方法，其特征在于：通过调节空气泵（1）的功率、截止阀（2）的开闭、第一半圆导流片（10）的角度和第二半圆导流片（11）的角度，实现对次流气流速度、方向的控制。

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