CN112729855A - 一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器及试验方法，所述畸变发生器包括两个相互配合的畸变段；畸变段在接口处分别设有相互配合的矩形连接板；其中一个畸变段沿流道口设有圆形支板和支板调节驱动器；所述圆形支板包括1段固定圆弧支板和若干段可伸缩圆弧支板；所述支板调节驱动器包括旋钮和涡卷弹簧；根据插板插入流道的深度进行调节，保留了流场畸变强度连续可调的能力；圆形支板使插板式畸变发生器与流道圆筒壁面更好的贴合，避免了气流流过可移动插板式畸变发生器所在位置时进入缝隙以及密封盒所形成的容腔，减小了压力脉动，降低了被试件进口截面气流的紊流度。

Description

一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器及试验方法

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，主要涉及一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器及试验方法。

背景技术

航空飞机在飞行过程中不可避免遭遇一些关于气动稳定性的问题，大量研究表明：进气畸变是诱发压气机内部流动失稳的关键因素之一，且发生最频繁。

借鉴俄罗斯航空发动机研制经验，目前我国普遍采用插板式进口总压畸变发生器加上综合畸变指数的技术路线来评估航空发动机的气动稳定性问题。

可移动插板式进口总压畸变发生器由矩形插板、留有圆孔的矩形密封盒、液压缸、位移传感器和辅助支架等组成。矩形插板通常是6-10毫米厚的金属板，插板被封装在留有圆孔的密封盒内，密封盒的圆孔与被试件(发动机或压气机)圆形直联通道相连。插板从密封盒中移出，遮挡密封盒圆孔部分面积，则在被试件上游形成了畸变气流。通过控制插板的插入深度，对气流造成扰动，使得进口总压产生畸变，并达到规定的畸变指数，以便在试验中验证进气畸变对压气机工作稳定性的影响。插板式进口总压畸变发生器结构简单，可操作性强，连续可调，而且实验评定方法简洁高效，具有很好的工程适用性和通用性。

然而，应用中发现，现有的可移动插板式畸变发生器存在着气流脉动强度大的问题，尤其是当插板全部藏在密封盒内(不遮挡流道)进行被试件无畸变来流试验时，被试件进口截面的紊流度远远高于不装可调插板式畸变发生器的直联管道。究其原因，具有一定厚度的插板夹在密封盒前后留有圆孔的端板之间，使得两端板留有一定距离的缝隙。气流流过可移动插板式畸变发生器所在位置时会进入缝隙以及密封盒所形成的容腔，产生压力脉动，形成高紊流度的气流，使得被试件进口截面的紊流度过高。因此，需要对可移动插板式畸变发生器进行优化设计，保留畸变强度可调的优点，并尽可能降低不必要的气流脉动。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器及试验方法，针对现有可移动插板式畸变发生器存在的缺陷，通过对插板畸变发生器处的流道进行优化，在保留流场畸变强度连续可调的前提下，有效控制密封盒形成容腔引起的气流脉动，降低不必要的高强度紊流。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器，包括两个相互配合的畸变段；所述畸变段在接口处分别设有相互配合的矩形连接板，在两块矩形连接板对应位置均设有流道口；所述其中一个畸变段沿流道口设有圆形支板和支板调节驱动器；所述圆形支板包括1段固定圆弧支板和若干段可伸缩圆弧支板；所述可伸缩圆弧支板沿圆周方向可以向固定圆弧支板方向收缩或伸长；所述支板调节驱动器包括旋钮和涡卷弹簧；所述涡卷弹簧包括内圈弹簧和外圈弹簧，固定在固定圆弧支板上方的旋钮上；内圈弹簧两端由旋钮伸出，固定于两侧可伸缩圆弧支板外部，外圈弹簧两端由旋钮伸出，固定于与旋钮距离最远的两段可伸缩圆弧支板上；所述可伸缩圆弧支板均为可拆卸分离支板；所述两段畸变段之间设有矩形插板，所述插板与圆形支板收缩后的圆弧状流道口配合，形成一个封闭的空间，用于遮挡部分圆形流道。

进一步地，所述畸变段另一端均与主流道连接，在主流道末端分别设有圆形连接板；两端圆形连接板分别与直管道I段和直管道II段通过对应的圆形连接板配合固定；所述圆形连接板圆周均匀设有若干相互配合的螺栓连接孔。

进一步地，所述圆形支板包括1段固定圆弧支板和14段可伸缩圆弧支板；所述固定圆弧支板位于沿矩形连接板长边方向的正上方。

进一步地，所述两段畸变段的矩形连接板四周分别设有若干相互配合的螺栓连接孔，通过螺栓连接配合。

一种采用上述低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器进行压气机试验的方法，包括以下步骤：

步骤S1、记录当前大气温度及压力信息，启动压气机；

步骤S2、转动支板调节驱动器上的旋钮，使涡卷弹簧收缩，调节圆形支板，使其收缩，圆形流道口出现缺口；调整矩形插板位置，将矩形插板移动至所述缺口处，使圆形支板和插板插入流道的位置相配合，形成封闭空间，对主流道进行部分遮挡；

步骤S3、采集压气机相应数据，调整旋钮，改变圆形支板缺口，重复步骤S2，记录压气机相应数据，直至气流达到所设定的进气畸变强度或压气机发生喘振；当压气机发生喘振时，调整插板插入主流道深度，实现退喘。

有益效果：本发明设计的移动插板式总压畸变发生器装置结构简单，操作方便，通用性强。通过可收缩式圆形支板和支板调节驱动器中旋钮+双圈涡卷弹簧的设计，与插板相配合，保留了可移动插板式畸变发生器畸变强度连续可调的优点，同时圆形支板与流道配合能够有效控制密封盒内缝隙和容腔引起的气流脉动，降低被试件进口截面非必要的高强度紊流。

附图说明

图1为本发明的移动插板式总压畸变发生器的整体结构爆炸图；

图2为本发明提供的直管道I段的主视图；

图3为本发明提供的畸变段的主视图；

图4为本发明提供的直管道II段的主视图；

图5为本发明提供的支板调节驱动器的整体结构图；

图6为本发明提供的圆弧形支板收缩前后效果对比图。

附图标记说明：

1-直管道I段；2-畸变段；3-插板；4-直管道II段；5-流道；6-圆形连接板；7-螺栓孔；8-矩形连接板；9-圆形支板；10-支板调节驱动器；11-旋钮；12-涡卷弹簧。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明公开的低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器包括四个部分：直管道I段1、畸变段2、插板3和直管道II段4。直管道I段1和直管道II段4的具体结构如图2和图4所示，由流道5与圆形连接板6组成。流道截面几何形状都是圆形，几何形状和半径与主流道保持一致；直管段采用螺栓与畸变段2进行连接，圆形连接板6上有螺栓孔7，用于安装螺栓。

所述畸变段2具体结构如图3所示，畸变段2分包括两段采用螺栓进行连接的畸变段。用于安装螺栓的若干螺栓孔7分布在矩形连接板8四周，两边矩形连接板8连接后形成一个密封盒，插板被封装在此密封盒内。第一畸变段由流道5、圆形连接板6和矩形连接板8组成，第二畸变段由流道5、圆形连接板6、矩形连接板8、圆形支板9和支板调节驱动器10组成。第二畸变段沿流道口设有圆形支板9和支板调节驱动器10。圆形支板9包括1段固定圆弧支板和若干段可伸缩圆弧支板。可伸缩圆弧支板沿圆周方向可以向固定圆弧支板方向收缩或伸长。本实施例中圆形支板9共15个，其中一个固定在矩形连接板8上，不可移动、不可拆卸，在其余14个圆弧形支板收缩时，可将这14个圆弧形支板收纳于该固定的圆弧形支板；其余14个圆弧形支板是独立的、可移动的、可拆卸的。

如图5所示，支板调节驱动器10包括旋钮11和涡卷弹簧12；所述涡卷弹簧包括内圈弹簧和外圈弹簧，固定在固定圆弧支板上方的旋钮上；内圈弹簧两端由旋钮伸出，固定于两侧可伸缩圆弧支板外部，外圈弹簧两端由旋钮伸出，固定于与旋钮距离最远的两段可伸缩圆弧支板上；所述可伸缩圆弧支板均为可拆卸分离支板；所述两段畸变段之间设有矩形插板，所述插板与圆形支板收缩后的圆弧状流道口配合，形成一个封闭的空间，用于遮挡部分圆形流道。支板调节驱动器10可以随着插板3插入流道深度的逐渐增加，以及流场所需要的畸变强度等条件，调整圆形支板9的位置，使其收缩，圆形支板收缩前后对比如图6，给插板3插入流道腾出空间，插板3插入流道的深度与圆形支板9收缩所腾出的空间相配合，形成一个封闭的空间将主流道包裹，阻止气流流过可移动插板式畸变发生器所在位置时进入缝隙以及密封盒所形成的容腔。插板3的设计并不进行改动，用矩形块表示，不进行详细描述。

本发明本质上是对插板畸变发生器与流道连接部分的优化设计，通过圆形支板9的设计来避免气流流进插板3与流道5之前原先存在的缝隙和容腔，带来不必要的压力脉动，降低被试件进口截面气流的紊流度。另外，圆弧形支板9设计成15个部分，使其具有可收缩的特点，能够保留插板深度的连续可调性，该优点的保留使得本发明可运用于发动机喘振试验，在发动机发生喘振时能及时调整插板插入流道的深度，使发动机退出喘振，避免发动机受损。本发明的低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器可在发动机进口模拟不同结构、不同方向、不同强度的畸变，具有很好的工程适用性和通用性，可以用于压气机稳定性试验，同样也适用于航空发动机旋流畸变试验。

下面提供一种采用本发明所述低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器进行压气机试验的方法，包括以下步骤：

步骤S1、记录当前大气温度及压力信息，启动压气机；

步骤S2、转动支板调节驱动器10上的旋钮11，使涡卷弹簧12收缩，调节圆形支板9，使其收缩，圆形流道口出现缺口；调整矩形插板3位置，将矩形插板3移动至所述缺口处，使圆形支板9和插板3插入流道的位置相配合，形成封闭空间，对主流道进行部分遮挡；

步骤S3、采集压气机相应数据，调整旋钮11，改变圆形支板9缺口，重复步骤S2，记录压气机相应数据，直至气流达到所设定的进气畸变强度或压气机发生喘振；当压气机发生喘振时，调整插板3插入主流道深度，实现退喘。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器，其特征在于，包括两个相互配合的畸变段；所述畸变段在接口处分别设有相互配合的矩形连接板，在两块矩形连接板对应位置均设有流道口；所述其中一个畸变段沿流道口设有圆形支板和支板调节驱动器；所述圆形支板包括1段固定圆弧支板和若干段可伸缩圆弧支板；所述可伸缩圆弧支板沿圆周方向可以向固定圆弧支板方向收缩或伸长；所述支板调节驱动器包括旋钮和涡卷弹簧；所述涡卷弹簧包括内圈弹簧和外圈弹簧，固定在固定圆弧支板上方的旋钮上；内圈弹簧两端由旋钮伸出，固定于两侧可伸缩圆弧支板外部，外圈弹簧两端由旋钮伸出，固定于与旋钮距离最远的两段可伸缩圆弧支板上；所述可伸缩圆弧支板均为可拆卸分离支板；所述两段畸变段之间设有矩形插板，所述插板与圆形支板收缩后的圆弧状流道口配合，形成一个封闭的空间，用于遮挡部分圆形流道。

2.根据权利要求1所述的一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器，其特征在于，所述畸变段另一端均与主流道连接，在主流道末端分别设有圆形连接板；两端圆形连接板分别与直管道I段和直管道II段通过对应的圆形连接板配合固定；所述圆形连接板圆周均匀设有若干相互配合的螺栓连接孔。

3.根据权利要求1所述的一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器，其特征在于，所述圆形支板包括1段固定圆弧支板和14段可伸缩圆弧支板；所述固定圆弧支板位于沿矩形连接板长边方向的正上方。

4.根据权利要求1所述的一种低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器，其特征在于，所述两段畸变段的矩形连接板四周分别设有若干相互配合的螺栓连接孔，通过螺栓连接配合。

5.一种采用权利要求1-4中任一项所述低非必要脉动的移动插板式总压畸变发生器进行压气机试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、记录当前大气温度及压力信息，启动压气机；

步骤S2、转动支板调节驱动器上的旋钮，使涡卷弹簧收缩，调节圆形支板，使其收缩，圆形流道口出现缺口；调整矩形插板位置，将矩形插板移动至所述缺口处，使圆形支板和插板插入流道的位置相配合，形成封闭空间，对主流道进行部分遮挡；

步骤S3、采集压气机相应数据，调整旋钮，改变圆形支板缺口，重复步骤S2，记录压气机相应数据，直至气流达到所设定的进气畸变强度或压气机发生喘振；当压气机发生喘振时，调整插板插入主流道深度，实现退喘。

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