CN112610331B - 一种负压可调式引射式压气机模拟试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种负压可调式引射式压气机模拟试验装置，包括依次相连的测量段、调节段与引流段，且内壁构成空气流道；引流段上具有能够引射气流的引射结构，以在空气流道内模拟发动机压气机工作时产生的负压；调节段上设有负压调节机构，以调节空气流道内负压的大小；测量段上设有传感器安装结构，以安装传感器组件。通过引射结构模拟发动机压气机工作时产生的负压，在预冷器、进气道的试验阶段无需制造压气机，节约研制时间与成本，在没有压气机的情况下使预冷器也能在更接近真实工况的下进行主动吸气试验，以便于测试预冷器及进气道的性能。该装置具有结构简单、便于加工维护、成本低、响应快、负压灵活调节等优点。

Description

一种负压可调式引射式压气机模拟试验装置
技术领域
本发明涉及飞行器发动机技术领域，具体是一种负压可调式引射式压气机模拟试验装置。
背景技术
随着临近空间飞行器和航天飞机技术的发展，预冷型组合循环发动机在单级人轨(Single Stage to Orbit，SSTO)和两级入轨(Two—Stage to Orbit，TSTO)可重复使用飞行器中的应用越来越广泛。当发动机工作在吸气模式时，来流在被压缩进人燃烧室之前需要进行有效地预冷来降低发动机系统能耗并确保压缩空气以适宜的温度进入燃烧室，从而实现发动机高推重比和高比冲，提高发动机整体性能。但是，由于组合循环发动机中复杂的工作环境以及极高的散热需求，空气预冷技术面临着极大的挑战。
空气预冷器在进行地面试验时，因为缺少压气机燃烧室等部件，往往只能从预冷器前端吹气，而预冷器的现实工况是通过发动机中的涡轮带动压气机旋转来主动吸气。由于压气机燃烧室等部件结构复杂造价高且不利于维护等原因，导致预冷器相关试验很少用到。
发明内容
针对上述现有技术中存在的一项或多项不足，本发明提供一种负压可调式引射式压气机模拟试验装置，通过引射结构模拟发动机压气机工作时产生的负压(表压)，在前期预冷器、进气道的验证试验阶段无需额外制造压气机，节约研制时间与成本，在没有压气机的情况下使预冷器也能在更接近真实工况的下进行主动吸气试验，以便于测试预冷器及进气道的性能。该装置具有结构简单、便于加工维护、成本低、响应快、负压灵活调节等优点。
为实现上述目的，本发明提供一种负压可调式引射式压气机模拟试验装置，包括中空的测量段、调节段与引流段，所述测量段、调节段与引流段依次相连，所述测量段、调节段与引流段的内壁构成空气流道；
所述引流段上具有能够引射气流的引射结构，以用于在空气流道内模拟发动机压气机工作时产生的负压；
所述调节段上设有负压调节机构，以用于调节空气流道内负压的大小；
所述测量段上设有传感器安装结构，以用于安装包括温度传感器、压力传感器在内的传感器组件。
在其中一个实施例中，所述引流段包括第一筒体以及套设在第一筒体上的第二筒体，所述空气流道位于第一筒体内部；
所述第一筒体与第二筒体之间围成引流通道，所述第一筒体的首端与第二筒体的首端固定相连，以用于封闭引流通道的首端；所述第一筒体的首端与调节段相连；
所述第二筒体上设有与引流通道首端连通的引流管，以用于将大流量气体引入引流通道，并在大流量气体流出引流通道后带动空气流道中的空气向后流动形成稳定的负压源。
在其中一个实施例中，所述第一筒体的尾端为收口结构，以使得引流通道内的大流量气体朝空气流道的方向流出，增强负压效果。
在其中一个实施例中，还包括排气段，所述排气段与空气流道、引流通道连通，以用于引导引射气体和空气，使其排出试验区域。
在其中一个实施例中，所述调节段包括第三筒体，所述第三筒体的首端与测量段相连，尾端与第一筒体的首端首端相连；
所述负压调节机构包括驱动组件、传动轴与截留阀片，所述截留阀片转到连接在第三筒体内，以用于调节第三筒体内空气流道的流道面积，进而实现负压大小调节；
所述驱动组件设在第三筒体外，并通过传动轴驱动截留阀片转动。
在其中一个实施例中，所述传感器安装结构包括设有测量段上的若干个传感器接口。
在其中一个实施例中，所述测量端的尾端可拆卸的设有分压环，以用于模拟多种结构压气机的负压分布。
本发明提供的一种负压可调式引射式压气机模拟试验装置，其通过引射结构模拟发动机压气机工作时产生的负压(表压)，在前期预冷器、进气道的验证试验阶段无需额外制造压气机，节约研制时间与成本，在没有压气机的情况下使预冷器也能在更接近真实工况的下进行主动吸气试验，以便于测试预冷器及进气道的性能。该装置具有结构简单、便于加工维护、成本低、响应快、负压灵活调节等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明实施例中负压可调式引射式压气机模拟试验装置的整体结构示意图；
图2为本发明实施例中负压可调式引射式压气机模拟试验装置的内部结构示意图；
图3为本发明实施例中引流段的轴侧图；
图4为本发明实施例中引流段的剖视图；
图5为本发明实施例中截留阀片旋转角度0°时的阻塞效果示意图；
图6为本发明实施例中截留阀片旋转角度45°时的阻塞效果示意图；
图7为本发明实施例中截留阀片旋转角度90°时的阻塞效果示意图；
图8为本发明实施例中分压环的结构示意图。
附图标号：进气道1、预冷器2、测量段3、分压环4、传感器安装结构5、调节段6、驱动组件7、引流段8、排气段9、引流管10、第一筒体11、第二筒体12、引流通道13、截留阀片14。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
如图1-8所示为本实施例所公开的一种负压可调式引射式压气机模拟试验装置，其主要包括测量段3、调节段6与引流段8三个部分，且测量段3、调节段6与引流段8均为两端开口的中空筒装结构，测量段3、调节段6与引流段8依次通过法兰首尾相连，且测量段3、调节段6与引流段8的内壁构成一条空气流道。在测量段3的首端可连接预冷器2、进气道1等试验部件，即图1、2所示。
引流段8上具有能够引射气流的引射结构，以用于在空气流道内模拟发动机压气机工作时产生的负压。本实施例中，引流段8是基于引射原理的一种负压制造部件，是本试验装置的核心装置，其原理是将大流量气体引入试验装置，改变其运动方向使其沿内壁面向后排出，带动整个空气流道的空气向后流动形成稳定的负压源。其中，引射器使用的大流量气体可根据需求选用大流量压缩空气或者燃发器混合气体。
具体的，本实施例中的引流段8包括第一筒体11以及套设在第一筒体11上的第二筒体12，空气流道位于第一筒体11内部；第一筒体11与第二筒体12之间围成引流通道13，第一筒体11的首端与第二筒体12的首端固定相连，以用于封闭引流通道13的首端；第一筒体11的首端与调节段6相连；第二筒体12上设有与引流通道13首端连通的引流管10，以用于将大流量气体引入引流通道13，并在大流量气体流出引流通道13后带动空气流道中的空气向后流动形成稳定的负压源。
优选地，第一筒体11的尾端为收口结构，以使得引流通道13内的大流量气体朝空气流道的方向流出，进而增强负压效果。
调节段6上设有负压调节机构，以用于调节空气流道内负压的大小。本实施例中，负压调节机构为基于阀片式截流开关的负压调节装置，通过外接驱动组件7驱动其开启-关闭运动，阀片关闭时负压最小，阀片逐渐打开过程中负压逐渐增大，阀片完全打开时负压最大。具体的，本实施例中的调节段6包括第三筒体，第三筒体的首端与测量段3相连，尾端与第一筒体11的首端首端相连；负压调节机构包括驱动组件7、传动轴与截留阀片14，截留阀片14转到连接在第三筒体内，通过控制截留阀片14的旋转角度来调节第三筒体内空气流道的流道面积，进而实现负压大小调节。如图5-7所示，其中，图5、6、7分别为截留阀片14旋转角度0°、45°、90°时的阻塞效果，其中0°为最大阻塞状态此时测量段3内负压值最小，90°为最小阻塞状态此时测量段3内负压值最大，随着截留阀片14转角逐渐变大负压值也会逐渐变大。其动力通过驱动组件7输出，驱动组件7可通过电脑编程控制转速转角和启停时间。本实施例中的驱动组件7采用伺服电机。
驱动组件7设在第三筒体外，并通过传动轴驱动截留阀片14转动，其中，第三筒体顶端设有密封盖板，截留阀片14的顶端转动连接在密封盖板上，截留阀片14的底端穿过第三筒体后与传动轴的一端相连，传动轴的另一端连接在驱动组件7的输出端上，且密封盖板与第三筒体的筒壁上均设有能够支撑截留阀片14转动的轴承。优选地，截留阀片14与第三筒体的连接处、截留阀片14与传动轴的连接处设有密封罩，以防止外力干涉传动过程。
测量段3上设有传感器安装结构5，以用于安装包括温度传感器、压力传感器在内的传感器组件。其中，传感器安装结构5包括设有测量段3上的若干个传感器，可安装压力、温度等传感器，进而可测量空气流道中空气的总温、总压、静压等数值，也可根据需求加装其他传感器。
进一步优选地，测量端的尾端通过法兰可拆卸的设有分压环4，分压环4选用压气机前端外形，以用于模拟多种结构压气机的负压分布，如图8所示,。
进一步优选地，本实施例中的试验装置还包括排气段9，排气段9与空气流道、引流通道13连通，以用于引导引射气体和空气，使其排出试验区域，进而保护试验人员与设备安全。
本实施例中试验装置的工作过程为：
1.试验开始前先通过给引流管10提供大流量气体使引射段开始工作，大流量气体可由试验场提供压缩空气也可通过燃发器产生，引射段开始工作后在前端的测量段3能测得一个稳定的负压值，通过在试验前调试引射气流的流量可以标定负压值；
2.在试验过程中，通过伺服电机改变截留阀片14的转动角度来改变空气流道的截流面积，实现试验阶段中的负压调整，模拟压气机不同转速时产生的负压工况，实现试验阶段对负压数值的精确控制；
3.经截留阀片14调压后的负压在分压环4处形成所需负压场模拟真实压气机前端负压分布；
4.负压场对进气道1试验件、预冷器2试验件作用使其完成主动吸气试验；
5.如有需要，该试验装置可配合安装在直连台或自由射流试验台完场高超声速工况试验。
通过采用本实施例所公开的试验装置，带来的有益效果有：
1.通过空气的引射作用可长时间提供稳定的负压值。
2.通过分压环4模拟压气机前端结构，得到最接近真实工况的负压分布。
3.通过伺服电机驱动截留阀片14转动控制空气流道截流面积，精确调节测量段3负压值大小，模拟不同型号压气机在不同转速下的工况，使试验装置具有更好的通用性。
4.通过测量段3可通过静压传感器实时检测负压值，通过总温、总压传感器测量空气通过试验件进气道1与预冷器2后的温度变化与压力损失，可有效的完成进气道1-预冷器2-压气机匹配试验。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种负压可调式引射式压气机模拟试验装置，其特征在于，包括中空的测量段、调节段与引流段，所述测量段、调节段与引流段依次相连，所述测量段、调节段与引流段的内壁构成空气流道；
所述引流段上具有能够引射气流的引射结构，以用于在空气流道内模拟发动机压气机工作时产生的负压；
所述调节段上设有负压调节机构，以用于调节空气流道内负压的大小；
所述测量段上设有传感器安装结构，以用于安装包括温度传感器、压力传感器在内的传感器组件；
所述引流段包括第一筒体以及套设在第一筒体上的第二筒体，所述空气流道位于第一筒体内部；
所述第一筒体与第二筒体之间围成引流通道，所述第一筒体的首端与第二筒体的首端固定相连，以用于封闭引流通道的首端；所述第一筒体的首端与调节段相连；
所述第二筒体上设有与引流通道首端连通的引流管，以用于将大流量气体引入引流通道，并在大流量气体流出引流通道后带动空气流道中的空气向后流动形成稳定的负压源；
所述调节段包括第三筒体，所述第三筒体的首端与测量段相连，尾端与第一筒体的首端首端相连；
所述负压调节机构包括驱动组件、传动轴与截留阀片，所述截留阀片转到连接在第三筒体内，以用于调节第三筒体内空气流道的流道面积，进而实现负压大小调节；
所述驱动组件设在第三筒体外，并通过传动轴驱动截留阀片转动。
2.根据权利要求1所述负压可调式引射式压气机模拟试验装置，其特征在于，所述第一筒体的尾端为收口结构，以使得引流通道内的大流量气体朝空气流道的方向流出，增强负压效果。
3.根据权利要求1所述负压可调式引射式压气机模拟试验装置，其特征在于，还包括排气段，所述排气段与空气流道、引流通道连通，以用于引导引射气体和空气，使其排出试验区域。
4.根据权利要求1或2或3所述负压可调式引射式压气机模拟试验装置，其特征在于，所述传感器安装结构包括设有测量段上的若干个传感器接口。
5.根据权利要求1或2或3或所述负压可调式引射式压气机模拟试验装置，其特征在于，所述测量端的尾端可拆卸的设有分压环，以用于模拟多种结构压气机的负压分布。
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