CN111964910B - 发动机引气测试装置、设计方法及测试方法 - Google Patents

发动机引气测试装置、设计方法及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发动机引气测试装置、设计方法及测试方法，用于与发动机的引气通道上的卸载活门相连通，以测试发动机引气是否合格，发动机引气测试装置包括与卸载活门连通的引气延伸通道、安装于引气延伸通道的出气端上的当量喷管、安装于引气延伸通道上的用于测量引气延伸通道内的气流压力的测压机构以及安装于引气延伸通道上的用于测量引气延伸通道内的气流温度的测温机构；当量喷管包括与引气延伸通道的输出端连接的稳压段、与稳压段连接的加压段以及与加压段连接的喷口段，稳压段的内径与引气延伸通道的内径相等，加压段的内径沿气流输送方向逐渐缩小，喷口段的内径与加压段的最小内径相等。

Description

发动机引气测试装置、设计方法及测试方法
技术领域
本发明涉及航空发动机试车台设备技术领域，特别地，涉及一种发动机引气测试装置、设计方法及测试方法。
背景技术
航空发动机试车时，需要对发动机引气系统进行测试，现有技术中，通过将发动机引气系统的引气通道的出气端与引气吸收装置连接，从而将引气导向至引气吸收装置。引气吸收装置包括用于将风能转换为机械能的风能起动机、与风能起动机的输出端连接的用于模拟发动机进行惯性矩配重的飞轮、与飞轮连接的用于吸收功率的电涡流测功机。通过引气吸收装置作为发动机试车过程中的负载吸收发动机引气的功率，进而通过测量引气通道内气流的压力和温度，判断发动机引气系统的运行状况，发动机只有在适当的引气量且关键参数在合格范围才表明发动机运行正常。由于引气吸收装置需要的安装空间大，并且设备较多，使得发动机试车间的占地面积大，设备维护难度高，试验成本高。
发明内容
本发明提供了一种发动机引气测试装置、设计方法及测试方法，以解决现有的发动机试车对发动机引气进行测试时使用的引气吸收装置体积大且结构复杂，造成发动机试车间的占地面积大且装置维护难度高的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种发动机引气测试装置，用于与发动机的引气通道上的卸载活门相连通，以测试发动机引气是否合格，发动机引气测试装置包括与卸载活门连通的引气延伸通道、安装于引气延伸通道的出气端上的当量喷管、安装于引气延伸通道上的用于测量引气延伸通道内的气流压力的测压机构以及安装于引气延伸通道上的用于测量引气延伸通道内的气流温度的测温机构；当量喷管包括与引气延伸通道的输出端连接的稳压段、与稳压段连接的加压段以及与加压段连接的喷口段，稳压段的内径与引气延伸通道的内径相等，加压段的内径沿气流输送方向逐渐缩小，喷口段的内径与加压段的最小内径相等。
进一步地，引气延伸通道的长度不超过两米。
进一步地，当量喷管还包括设于稳压段的进气端处的安装板，通过相匹配的凹形卡箍将安装板与引气延伸通道的出气端箍紧连接。
根据本发明的另一方面，还提供一种发动机引气测试装置的设计方法，用于设计上述发动机引气测试装置，包括以下步骤：根据引气延伸通道的长度，确定引气延伸通道的管路压力损失和热量损失；根据发动机的出气参数以及引气延伸通道的管路压力损失和热量损失，确定当量喷管的进口参数；根据当量喷管的进口参数，确定当量喷管的喷口段的内径。
进一步地，确定当量喷管的进口参数，包括以下步骤：根据发动机的出气压力和引气延伸通道的管路压力损失，确定当量喷管的进气压力；根据发动机的出气温度和引气延伸通道的热量损失，确定当量喷管的进气温度；根据当量喷管的进气口的横截面积、当量喷管的进气压力以及当量喷管的进气温度，确定当量喷管的进气流量。
进一步地，确定当量喷管的喷口段的内径，包括以下步骤：根据当量喷管的进气流量以及大气温度下的空气密度，确定当量喷管的动压；根据当量喷管的动压、当量喷管的进气流量以及当量喷管的进气口的横截面积，确定当量喷管的风功率；根据当量喷管的风功率、当量喷管的动压、当量喷管的进气流量，确定当量喷管的喷口段的内径。
进一步地，当量喷管的动压WP：WP＝0.5ρV2，其中，ρ为大气温度下的空气密度，V为当量喷管的进气流量。
进一步地，当量喷管的风功率E：E＝WPVF，其中，WP为当量喷管的动压，V为当量喷管的进气流量，F为当量喷管的进气口的横截面积。
进一步地，当量喷管的喷口段的内径r：
Figure GDA0003443755510000021
其中，E为当量喷管的风功率，V为当量喷管的进气流量，WP为当量喷管的动压。
本发明还提供一种发动机引气系统的测试方法，采用上述发动机引气测试装置，包括以下步骤：启动发动机，使发动机的引气口与引气通道相连通，发动机的引气经引气通道和卸载活门排出至外界，直至发动机达到额定转速后关闭卸载活门；卸载活门关闭后，引气延伸通道与发动机的引气口相连通，使发动机的引气经引气延伸通道输送至当量喷管中加压后喷出；通过测压机构测得引气延伸通道内的气流压力，通过测温机构测得引气延伸通道内的气流温度；根据引气延伸通道内的气流压力和气流温度判断发动机引气是否合格。
本发明具有以下有益效果：
本发明的发动机引气测试装置，通过引气延伸通道的进气端与卸载活门连通，并在引气延伸通道的出气端上安装当量喷管，当量喷管包括与引气延伸通道的输出端连接的稳压段、与稳压段连接的加压段以及与加压段连接的喷口段，稳压段的内径与引气延伸通道的内径相等，加压段的内径沿气流输送方向逐渐缩小，喷口段的内径与加压段的内径相等，试车时，先启动发动机并打开卸载活门，使发动机的引气经引气通道输送至卸载口排出，直至发动机达到额定转速后关闭卸载活门，将发动机的引气导向至引气延伸通道，经引气延伸通道输送后从当量喷管高速喷出，进而通过测温机构和测压机构分别测得引气延伸通道内气流的温度和压力，根据引气延伸通道内气流的温度和压力判断发动机引气是否合格，由此可知，整个发动机引气测试装置结构简单，易于维护，且相对于现有的发动机试车对发动机引气进行测试时使用的引气吸收装置，所需的安装空间小，从而减少了发动机试车的成本。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的发动机引气测试装置的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的当量喷管的结构示意图。
图例说明：
1、发动机；2、卸载活门；3、引气延伸通道；4、当量喷管；41、稳压段；42、加压段；43、喷口段；44、安装板；5、测压机构；6、测温机构。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的发动机引气测试装置的结构示意图；图2是本发明优选实施例的当量喷管的结构示意图。
如图1所示，本实施例的发动机引气测试装置，用于与发动机1的引气通道上的卸载活门2相连通，以测试发动机1引气是否合格，发动机引气测试装置包括与卸载活门2连通的引气延伸通道3、安装于引气延伸通道3的出气端上的当量喷管4、安装于引气延伸通道3上的用于测量引气延伸通道3内的气流压力的测压机构5以及安装于引气延伸通道3上的用于测量引气延伸通道3内的气流温度的测温机构6；当量喷管4包括与引气延伸通道3的输出端连接的稳压段41、与稳压段41连接的加压段42以及与加压段42连接的喷口段43，稳压段41的内径与引气延伸通道3的内径相等，加压段42的内径沿气流输送方向逐渐缩小，喷口段43的内径与加压段42的最小内径相等。本发明的发动机引气测试装置，通过引气延伸通道3的进气端与卸载活门2连通，并在引气延伸通道3的出气端上安装当量喷管4，当量喷管4包括与引气延伸通道3的输出端连接的稳压段41、与稳压段41连接的加压段42以及与加压段42连接的喷口段43，稳压段41的内径与引气延伸通道3的内径相等，加压段42的内径沿气流输送方向逐渐缩小，喷口段43的内径与加压段42的内径相等，试车时，先启动发动机1并打开卸载活门2，使发动机1的引气经引气通道输送至卸载口排出，直至发动机1达到额定转速后关闭卸载活门2，将发动机1的引气导向至引气延伸通道3，经引气延伸通道3输送后从当量喷管4高速喷出，进而通过测温机构6和测压机构5分别测得引气延伸通道3内气流的温度和压力，根据引气延伸通道3内气流的温度和压力判断发动机1引气是否合格，由此可知，整个发动机引气测试装置结构简单，易于维护且所需的安装空间小，从而减少了发动机1试车的成本。
引气延伸通道3的长度不超过两米。引气延伸通道3的长度过长，不便安装，且管道压力损失和热力损失过多。
当量喷管4还包括设于稳压段41的进气端处的安装板44，通过相匹配的凹形卡箍将安装板44与引气延伸通道3的出气端箍紧连接。易于安装和拆卸。
本实施例的发动机引气测试装置的设计方法，用于设计上述发动机引气测试装置，包括以下步骤：根据引气延伸通道3的长度，确定引气延伸通道3的管路压力损失和热量损失；根据发动机1的出气参数以及引气延伸通道3的管路压力损失和热量损失，确定当量喷管4的进口参数；根据当量喷管4的进口参数，确定当量喷管4的喷口段43的内径。发动机1的出气口的内径、引气延伸通道3的内径、当量喷管4的稳压段41的内径以及当量喷管4的加压段42的最大内径均相等，因此，当量喷管4的进气口的横截面积与引气延伸通道3以及发动机1的出气口的横截面积相等。当量喷管4的稳压段41的长度无需特别设计，只需便于安装。当量喷管4的喷口段43的内径一旦确定则加压段42的最小内径也确定，则加压段42的长度也确定。
确定当量喷管4的进口参数，包括以下步骤：根据发动机1的出气压力和引气延伸通道3的管路压力损失，确定当量喷管4的进气压力；根据发动机1的出气温度和引气延伸通道3的热量损失，确定当量喷管4的进气温度；根据当量喷管4的进气口的横截面积、当量喷管4的进气压力以及当量喷管4的进气温度，确定当量喷管4的进气流量。引气延伸通道3的管路压力损失与引气延伸通道3内壁面光滑度、引气延伸通道3的长度以及引气延伸通道3的内径相关。引气延伸通道3的热量损失与引气延伸通道3的保温性能、引气延伸通道3的长度以及引气延伸通道3的内径相关。
确定当量喷管4的喷口段43的内径，包括以下步骤：根据当量喷管4的进气流量以及大气温度下的空气密度，确定当量喷管4的动压；根据当量喷管4的动压、当量喷管4的进气流量以及当量喷管4的进气口的横截面积，确定当量喷管4的风功率；根据当量喷管4的风功率、当量喷管4的动压、当量喷管4的进气流量，确定当量喷管4的喷口段43的内径。
当量喷管4的动压WP：WP＝0.5ρV2，其中，ρ为大气温度下的空气密度，V为当量喷管4的进气流量。当量喷管4的风功率E：E＝WPVF，其中，WP为当量喷管4的动压，V为当量喷管4的进气流量，F为当量喷管4的进气口的横截面积。当量喷管4的喷口段43的内径r：
Figure GDA0003443755510000041
其中，E为当量喷管4的风功率，V为当量喷管4的进气流量，WP为当量喷管4的动压。
在本实施例中，发动机1的出气口的内径、引气延伸通道3的内径、当量喷管4的稳压段41的内径以及当量喷管4的加压段42的最大内径均为30.5mm，当量喷管4的进气口的横截面积为730.6mm2，发动机1的出气温度为200℃，发动机1的出气压力为0.25MPa，发动机1的出气流量为0.417kg/s，当量喷管4的进气温度为(150±5)℃，当量喷管4的进气压力为(0.28±0.01)MPa，当量喷管4的进气流量为0.35kg/s，当量喷管的动压为73.8Kpa，当量喷管4的风功率为18.87Kw，当量喷管4的喷口段43的内径为15.25mm。
本实施例的发动机1引气系统的测试方法，包括以下步骤：启动发动机1并打开卸载活门2，使发动机1的引气口与引气通道相连通，发动机1的引气经引气通道排出至外界，直至发动机1达到额定转速后关闭卸载活门2；卸载活门2关闭后，引气延伸通道3与发动机1的引气口相连通，使发动机1的引气经引气延伸通道3输送至当量喷管4中加压后喷出；通过测压机构5测得引气延伸通道3内的气流压力，通过测温机构6测得引气延伸通道3内的气流温度；根据引气延伸通道3内的气流压力和气流温度判断发动机1引气是否合格。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发动机引气测试装置，用于与发动机(1)的引气通道上的卸载活门(2)相连通，以测试发动机(1)引气是否合格，其特征在于，
发动机引气测试装置包括与卸载活门(2)连通的引气延伸通道(3)、安装于引气延伸通道(3)的出气端上的当量喷管(4)、安装于引气延伸通道(3)上的用于测量引气延伸通道(3)内的气流压力的测压机构(5)以及安装于引气延伸通道(3)上的用于测量引气延伸通道(3)内的气流温度的测温机构(6)；
当量喷管(4)包括与引气延伸通道(3)的输出端连接的稳压段(41)、与稳压段(41)连接的加压段(42)以及与加压段(42)连接的喷口段(43)，稳压段(41)的内径与引气延伸通道(3)的内径相等，加压段(42)的内径沿气流输送方向逐渐缩小，喷口段(43)的内径与加压段(42)的最小内径相等。
2.根据权利要求1所述的发动机引气测试装置，其特征在于，
引气延伸通道(3)的长度不超过两米。
3.根据权利要求1所述的发动机引气测试装置，其特征在于，
当量喷管(4)还包括设于稳压段(41)的进气端处的安装板(44)，通过相匹配的凹形卡箍将安装板(44)与引气延伸通道(3)的出气端箍紧连接。
4.一种发动机引气测试装置的设计方法，其特征在于，用于设计权利要求1-3任一所述的发动机引气测试装置，包括以下步骤：
根据引气延伸通道(3)的长度，确定引气延伸通道(3)的管路压力损失和热量损失；
根据发动机(1)的出气参数以及引气延伸通道(3)的管路压力损失和热量损失，确定当量喷管(4)的进口参数；
根据当量喷管(4)的进口参数，确定当量喷管(4)的喷口段(43)的内径。
5.根据权利要求4所述的发动机引气测试装置的设计方法，其特征在于，确定当量喷管(4)的进口参数，包括以下步骤：
根据发动机(1)的出气压力和引气延伸通道(3)的管路压力损失，确定当量喷管(4)的进气压力；
根据发动机(1)的出气温度和引气延伸通道(3)的热量损失，确定当量喷管(4)的进气温度；
根据当量喷管(4)的进气口的横截面积、当量喷管(4)的进气压力以及当量喷管(4)的进气温度，确定当量喷管(4)的进气流量。
6.根据权利要求5所述的发动机引气测试装置的设计方法，其特征在于，确定当量喷管(4)的喷口段(43)的内径，包括以下步骤：
根据当量喷管(4)的进气流量以及大气温度下的空气密度，确定当量喷管(4)的动压；
根据当量喷管(4)的动压、当量喷管(4)的进气流量以及当量喷管(4)的进气口的横截面积，确定当量喷管(4)的风功率；
根据当量喷管(4)的风功率、当量喷管(4)的动压、当量喷管(4)的进气流量，确定当量喷管(4)的喷口段(43)的内径。
7.根据权利要求6所述的发动机引气测试装置的设计方法，其特征在于，
当量喷管(4)的动压WP：WP＝0.5ρV2，
其中，ρ为大气温度下的空气密度，V为当量喷管(4)的进气流量。
8.根据权利要求6所述的发动机引气测试装置的设计方法，其特征在于，
当量喷管(4)的风功率E：E＝WPVF，
其中，WP为当量喷管(4)的动压，V为当量喷管(4)的进气流量，F为当量喷管(4)的进气口的横截面积。
9.根据权利要求6所述的发动机引气测试装置的设计方法，其特征在于，
当量喷管(4)的喷口段(43)的内径r：
Figure FDA0003443755500000021
其中，E为当量喷管(4)的风功率，V为当量喷管(4)的进气流量，WP为当量喷管(4)的动压。
10.一种发动机引气系统的测试方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一所述的发动机引气测试装置，包括以下步骤：
启动发动机(1)，使发动机(1)的引气口与引气通道相连通，发动机(1)的引气经引气通道和卸载活门(2)排出至外界，直至发动机(1)达到额定转速后关闭卸载活门(2)；
卸载活门(2)关闭后，引气延伸通道(3)与发动机(1)的引气口相连通，使发动机(1)的引气经引气延伸通道(3)输送至当量喷管(4)中加压后喷出；
通过测压机构(5)测得引气延伸通道(3)内的气流压力，通过测温机构(6)测得引气延伸通道(3)内的气流温度；
根据引气延伸通道(3)内的气流压力和气流温度判断发动机(1)引气是否合格。
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