CN112284751B - 一种畸变特性可调的畸变试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空发动机气动稳定性试验技术领域，涉及一种畸变特性可调的畸变试验装置。该装置包括：发动机、常规插板畸变装置、导流盆，其特征在于，还包括：多段空气管道和紊流发生器；紊流发生器和常规插板畸变装置安装在空气管道之间，将多段空气管道连接成一个整体空气管道；整体空气管道靠近紊流发生器的端口安装有导流盆；整体空气管道靠近常规插板畸变装置的端口安装有发动机；紊流发生器处于整体空气管道内的紊流结构需满足中心对称和堵塞面积要求才能起到紊流作用。

Description

一种畸变特性可调的畸变试验装置
技术领域
本发明属于航空发动机气动稳定性试验技术领域，涉及一种畸变特性可调的畸变试验装置。
背景技术
气动稳定性是当代航空发动机的重要技术指标之一，是影响飞机性能与经济性的重要因素，发动机的气动稳定性必须经过试验的考核验证，美、俄等航空强国都建立了相应的航空发动机气动稳定性试验与评定规范，并在发动机研制、生产中贯彻执行。在诸多降稳因子中，进气压力畸变是最常见的降稳因子，且对发动机气动稳定性的影响起着主要作用，它会造成发动机的稳定裕度降低，引起压缩部件的稳定边界右移、工作点向喘振方向靠近，进而影响性能，例如推力、耗油率和压气机效率等，严重时可导致发动机喘振、空中熄火停车，严重影响飞行安全。
插板式进气总压畸变装置是国军标《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机进口总压畸变评定指南》(GJB/Z 64A-2004)建议采用的总压畸变装置，已作为考核发动机抗进气畸变能力的重要设备在国内航空发动机研制和生产过程中大量使用。为提升插板畸变装置通用性和扰流范围，实际使用中通常将插板设计成可移动式，利用液压或私服电机驱动，通过改变插板相对深度可以获取发动机稳态和过渡态工况的临界畸变指数，以间接准则对气动稳定性指标进行评估，该装置直接安装于发动机进气流量管上，具有通用性好、操作简单、扰流范围宽、试验效率高等优点。
然而，插板畸变装置也存在诸多不足，它只能模拟综合畸变指数，不能模拟畸变流场图谱，且在相同气动布局条件下，随着插板相对深度增加稳、动态畸变指数分量的占比沿固定曲线变化，即畸变特性固定不变，如图1，这严重限制了插板畸变的模拟范围。现阶段只能通过改变气动布局(插板至发动机进口距离)来增大稳、动态畸变指数占比的模拟范围，但在实际试验中改变气动布局是难以实现的，会大大增加试验成本和时间周期。
发明内容
发明目的：本文针对现有插板总压畸变装置存在的局限性，提出了改变其畸变特性的具体装置，让稳、动态比例更加接近发动机的真实使用条件(稳/动态比例接近1:1)，增大了插板总压畸变装置的畸变模拟范围，具有重要的工程实用价值。
技术方案：
一种畸变特性可调的畸变试验装置，包括：发动机、常规插板畸变装置、导流盆，其特征在于，还包括：多段空气管道和紊流发生器；
紊流发生器和常规插板畸变装置安装在空气管道之间，将多段空气管道连接成一个整体空气管道；整体空气管道靠近紊流发生器的端口安装有导流盆；整体空气管道靠近常规插板畸变装置的端口安装有发动机；紊流发生器处于整体空气管道内的紊流结构需满足中心对称和堵塞面积要求才能起到紊流作用。
紊流发生器包括两种，紊流环紊流发生器和串联可调多区紊流发生器。
紊流环紊流发生器包括：作为紊流结构的紊流环和管道筒体；管道筒体内设置有用于产生紊流的紊流环；管道筒体与空气管道固连。
管道筒体的端口设置还有连接法兰；连接法兰与空气管道的法兰连接，实现紊流发生器与空气管道固连。
紊流环通过中心对称的紊流环支架安装在管道筒体内。
紊流环内径和外径根据吹风试验结果进行选择，紊流环占管道面积的堵塞比需满足以下关系式：
Sd≤(1-q(λ))……………………………………(1)
式中：Sd——面积堵塞比；
q(λ)——流量函数。
串联可调多区紊流发生器包括：管道筒体、梯形插板、箱体、作动机构和驱动机构；
其中，箱体密封在管道筒体外侧；管道筒体上开设有方孔；箱体内安装有作动机构、驱动机构和梯形插板；梯形插板与方孔的位置和个数相对应；驱动机构驱动作动机构控制梯形插板插入方孔的深度。
各梯形插板需满足深度可调且同步动作，在尽量不改变稳态畸变指数Δσ0结果的条件下实现动态畸变指数εav调节；各梯形插板间隔角度要求大于或等于25°，且单个梯形插板在发动机进口产生的畸变流场的低压区角度要求小于或等于30°
有益效果：
本发明针对现有插板总压畸变装置存在的局限性，根据试验原理和数据结果，设计简单、可靠的动态畸变发生器，改变插板总压畸变装置的畸变特性，使稳、动态畸变指数比例更加接近发动机的真实使用条件下的进气畸变流场，增大插板总压畸变装置的畸变模拟范围，进一步拓宽其通用性和扰流范围，提升试验精度和效率。
附图说明
图1为稳/动态畸变指数变化关系图；
图2为固定式环形紊流发生器的结构示意图；
图3为固定式环形紊流发生器正视图；
图4为可调多区紊流发生器结构图；
图5为可调多区紊流发生器侧视图；
图6为试验布局示意图。
其中，1、紊流环；2、连接法兰；3、管道筒体；4、紊流环支架；5、梯形插板；6、箱体；7、紊流发生器；8、常规插板畸变装置；9、发动机。
具体实施方式
本发明针对现有插板总压畸变装置存在的局限性，根据试验原理和数据结果，设计简单、可靠的动态畸变发生器，改变插板总压畸变装置的畸变特性，使稳、动态畸变指数比例更加接近发动机的真实使用条件下的进气畸变流场，增大插板总压畸变装置的畸变模拟范围，进一步拓宽其通用性和扰流范围，提升试验精度和效率。
图2至图5展示了两种紊流发生器，可视作纯动态畸变发生器。通过在常规插板畸变装置上游串联紊流发生器，如图6所示，可在不改变或微小改变稳态畸变指数条件下，明显地提高动态畸变指数占比，改变插板畸变装置畸变特性，使稳、动态畸变指数比例更加接近发动机的真实使用条件下的进气畸变流场，能够增大插板总压畸变装置的畸变模拟范围。
1、串联固定式环形紊流发生器
在常规插板畸变装置上游空气管道上串联固定式环形紊流发生器，可实现特定工况下稳、动态畸变指数比例调节，该紊流发生器结构简单，可增加发动机进口截面的动态畸变指数而不改变稳态畸变指数Δσ0，固定式环形紊流发生器主要由连接法兰、筒体、紊流环及其支架组成，如图2、图3所示。紊流环内径和外径根据吹风试验结果进行选择，亦可根据试验需要安装双环或多环，即在外圈紊流环上通过支架增加安装紊流环。
2、串联可调多区紊流发生器
在常规插板畸变装置上游空气管道上串联可调多区紊流发生器，可实现较大范围内稳、动态畸变指数比例的任意调节，以模拟发动机的真实使用条件下的进气畸变流场。该紊流发生器由周向均匀分布的多个梯形插板、筒体、连接法兰、箱体和同步位移机构组成，如图4、图5所示。各梯形插板需满足深度可调且同步动作，在尽量不改变稳态畸变指数Δσ0结果的条件下实现动态畸变指数εav调节，通过增加梯形插板插入深度可以增大下游流场的动态畸变指数，从而实现改变插板总压畸变装置畸变特性的目的。
固定式环形紊流发生器结构简单，可增加发动机进口截面的动态畸变指数而不改变稳态畸变指数Δσ0；可调多区紊流发生器可实现较大范围内稳、动态畸变指数比例的任意调节。本发明通过设计简单、可靠的动态畸变发生器，能够改变插板总压畸变装置的畸变特性，使稳、动态畸变指数比例更加接近发动机的真实使用条件下的进气畸变流场，能够增大插板总压畸变装置的畸变模拟范围。

Claims (1)

1.一种畸变特性可调的畸变试验装置，包括：发动机、常规插板畸变装置、导流盆，其特征在于，还包括：多段空气管道和紊流发生器；紊流发生器和常规插板畸变装置安装在空气管道之间，将多段空气管道连接成一个整体空气管道；整体空气管道靠近紊流发生器的端口安装有导流盆；整体空气管道靠近常规插板畸变装置的端口安装有发动机；紊流发生器处于整体空气管道内的紊流结构需满足中心对称和堵塞面积要求才能起到紊流作用；
紊流发生器包括串联可调多区紊流发生器；
串联可调多区紊流发生器包括：管道筒体、梯形插板、箱体、作动机构和驱动机构；其中，箱体密封在管道筒体外侧；管道筒体上开设有方孔；箱体内安装有作动机构、驱动机构和梯形插板；梯形插板与方孔的位置和个数相对应；驱动机构驱动作动机构控制梯形插板插入方孔的深度；
各梯形插板需满足深度可调且同步动作，在尽量不改变稳态畸变指数Δσ0结果的条件下实现动态畸变指数εav调节；各梯形插板间隔角度要求大于或等于25°，且单个梯形插板在发动机进口产生的畸变流场的低压区角度要求小于或等于30°。
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