CN112798286B - 航空发动机畸变发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机畸变发生装置。该航空发动机畸变发生装置包括弹性的金属丝、舵机和控制系统，所述舵机和所述控制系统设置于航空发动机进气机匣的内流道壁之内，所述舵机包括舵机臂，所述金属丝绕成螺旋结构且大部分设置于航空发动机进气机匣的内流道壁和外流道壁之间，所述金属丝的内端穿过所述内流道壁上的开口连接于所述舵机臂，所述金属丝的外端固定于所述外流道壁，所述控制系统与所述舵机通信以控制所述舵机臂摆动，从而拉动或推动所述金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。本发明能起到以下有益技术效果：能根据航空发动机不同来流条件需求，调节畸变网构型，从而模拟出不同的总压沿径向分布规律。

Description

航空发动机畸变发生装置

技术领域

本发明涉及航空发动机试验技术领域，尤其涉及航空发动机畸变发生装置。

背景技术

在航空发动机试验中，为了在大气进气条件下模拟实际航空发动机工作时的进口不均匀来流工况，通常在发动机进口段放置一套畸变发生装置（也称畸变网），用于模拟该发动机设计状态下的进口无量纲总压沿径向的分布形式。

传统上采用的是沿径向不同位置布置不同直径金属丝的方法设计径向总压畸变发生装置的方案。其设计原理是利用气流流过不同直径的金属丝产生不同大小的流动损失，按照一定的规律沿径向布置金属丝，可以使得金属丝下游的气流总压沿径向呈有规律的分布，通过调整金属丝的直径和位置，可以使得在目标位置的总压沿径向分布满足设计要求。

但是传统方案的畸变网构型固定，一般为同心圆构型，想要适应不同的来流条件要求，需要重新设计不同构型畸变网并重新安装。

发明内容

本发明的一个目的在于，提供一种航空发动机畸变发生装置，其能解决现有技术所存在的问题，能根据航空发动机不同来流条件需求，调节畸变网构型，从而模拟出不同的总压沿径向分布规律。

本发明的以上目的通过一种航空发动机畸变发生装置来实现，所述航空发动机畸变发生装置包括弹性的金属丝、舵机和控制系统，所述舵机和所述控制系统设置于航空发动机进气机匣的内流道壁之内，所述舵机包括舵机臂，所述金属丝绕成螺旋结构且大部分设置于航空发动机进气机匣的内流道壁和外流道壁之间，所述金属丝的内端穿过所述内流道壁上的开口连接于所述舵机臂，所述金属丝的外端固定于所述外流道壁，所述控制系统与所述舵机通信以控制所述舵机臂摆动，从而拉动或推动所述金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：能根据航空发动机不同来流条件需求，调节畸变网构型，从而模拟出不同的总压沿径向分布规律。

较佳的是，所述舵机还包括水平延伸的舵机轴，所述舵机臂垂直地固定于所述舵机轴。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过舵机轴和舵机臂的较佳设置，使得舵机臂的摆动能适宜地拉动或推动金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

较佳的是，所述舵机臂的摆动范围为±90度。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过舵机臂的较佳摆动范围，使得舵机臂的摆动能更适宜地拉动或推动金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

较佳的是，舵机臂长度与内流道直径的比值为5%～30%。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过舵机臂长度与内流道直径的较佳比值，使得舵机臂的摆动能更适宜地拉动或推动金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

较佳的是，舵机臂长度与内流道直径的比值为15%。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过舵机臂长度与内流道直径的最佳比值，使得舵机臂的摆动能更适宜地拉动或推动金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

较佳的是，所述金属丝的截面直径为2mm～8mm。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过金属丝的较佳截面直径，使得金属丝能具备一定的弹性和韧性，更适宜地实现金属丝径向分布密度的变化。

较佳的是，所述金属丝的材料为65Mn弹簧钢。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过金属丝的较佳材料，使得金属丝能具备一定的弹性和韧性，更适宜地实现金属丝径向分布密度的变化。

较佳的是，金属丝径向分布密度的变化范围为20根/米～40根/米。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：能在适宜的变化范围内实现金属丝径向分布密度的变化。

较佳的是，所述金属丝在内流道壁和外流道壁之间的螺旋圈数为3圈～15圈。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：能在适宜的金属丝螺旋圈数范围内实现金属丝径向分布密度的变化。

较佳的是，所述内流道壁的开口中心与所述舵机臂的舵机轴固定端之间的弧度为0.2π～0.75π。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：既能避免金属丝与内流道壁开口刮磨，又能避免畸变网过度变形。

较佳的是，所述舵机臂为蜗杆的构型，所述蜗杆嵌入在所述舵机轴的末端开设的螺纹孔中，所述舵机轴的末端还安装有电机，所述电机驱动蜗轮旋转，所述蜗轮带动所述蜗杆旋转同时上下移动。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：扩大畸变网调节范围，解决了舵机臂摆动角度限制的问题；实现金属丝拉/伸的精细化调节。

较佳的是，所述舵机臂的末端设有半环结构，所述金属丝的内端绕成圆环与所述半环结构相扣。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：半环结构和金属丝内端圆环相扣，避免了原来舵机臂直接连接金属丝，舵机臂长时间摆动易造成金属丝产生形变的隐患。

附图说明

图1是本发明一实施例的航空发动机畸变发生装置处于畸变网较密状态的示意图。

图2是本发明一实施例的航空发动机畸变发生装置处于畸变网较疏状态的示意图。

附图标记列表

1、 外流道壁；

2、 金属丝；

3、 内流道壁；

4、 外端；

5、 舵机；

6、 控制系统；

7、 开口；

8、 舵机臂；

9、 内端；

10、 舵机轴。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计、制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，也不限于是直接的还是间接的连接。

需要注意的是，在本申请中，术语“畸变发生装置”是指：一种沿径向不同位置布置金属丝的圆盘形装置，此装置安装在流道内，使得流过畸变网的气流发生畸变。术语“金属丝”是指：一种横截面为圆形的、有韧性的金属丝。术语“舵机”是指：一种位置（角度）伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可保持的控制系统。

图1是本发明一实施例的航空发动机畸变发生装置处于畸变网较密状态的示意图。图2是本发明一实施例的航空发动机畸变发生装置处于畸变网较疏状态的示意图。

如图1-图2所示，本发明一实施例的航空发动机畸变发生装置包括弹性的金属丝2、舵机5和控制系统6，舵机5和控制系统6设置于航空发动机进气机匣的内流道壁3之内，舵机5包括舵机臂8，金属丝2绕成螺旋结构（例如，类似于盘式蚊香）且大部分设置于航空发动机进气机匣的内流道壁3和外流道壁1之间，金属丝2的内端9穿过内流道壁3上的开口7连接于舵机臂8，金属丝2的外端4固定于外流道壁1，控制系统6与舵机5通信以控制舵机臂8摆动，从而拉动或推动金属丝2的内端9，以实现金属丝径向分布密度的变化。当金属丝2达到某种特定径向分布密度时，能满足航空发动机的进口来流条件需求。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：能根据航空发动机不同来流条件需求，调节畸变网构型，从而模拟出不同的总压沿径向分布规律。

具体地说，本发明提出了一种航空发动机畸变发生装置，与传统畸变网相比，其具有以下优点：

（1）传统畸变网是一种固定的构型，只能模拟出一种气流径向分布规律。本发明的航空发动机畸变发生装置是一种可调节的畸变网构型，可以根据航空发动机不同来流条件需求，模拟出不同的总压沿径向分布规律。

（2）传统畸变网由于是若干同心圆组成，需要支撑结构将这些同心圆固定起来，支撑结构的加入势必会影响下游气流分布规律。本发明的航空发动机畸变发生装置中，可调节畸变网是由一根完整的金属丝绕成，所以可以省去支撑结构，避免了传统畸变网支撑结构对下游气流分布规律的影响。

（3）传统畸变网若想满足不同来流条件需求，需要人工拆除并安装。本发明的航空发动机畸变发生装置则可以通过舵机带动金属丝来改变金属丝径向分布密度以满足需求，节省了人力成本且提高了试验效率。

在一些实施例中，如图1-图2所示，舵机5还包括水平延伸的舵机轴10，舵机臂8垂直地固定于舵机轴10。控制系统6与舵机5通信以控制舵机轴10转动，从而带动舵机臂8摆动，当舵机臂8从下往上摆动时，拉动金属丝2的内端9，金属丝径向分布密度变疏；当舵机臂8从上往下摆动时，推动金属丝2的内端9，金属丝径向分布密度变密。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过舵机轴和舵机臂的较佳设置，使得舵机臂的摆动能适宜地拉动或推动金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

在一些实施例中，如图1-图2所示，舵机臂8的摆动范围为±90度。具体地说，如图1所示，航空发动机畸变发生装置处于畸变网较密状态，舵机臂8摆动至竖直向下位置，可被认为舵机臂8当前角度为－90度，金属丝2的内端9被推动，从而金属丝径向分布密度较密。舵机臂8处于水平位置（未示出）时，可被认为舵机臂8当前角度为0度。如图2所示，航空发动机畸变发生装置处于畸变网较疏状态，舵机臂8摆动至竖直向上位置，可被认为舵机臂8当前角度为＋90度，金属丝2的内端9被拉动，从而金属丝径向分布密度较疏。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过舵机臂的较佳摆动范围，使得舵机臂的摆动能更适宜地拉动或推动金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

当然，上述舵机臂摆动范围仅仅是本申请航空发动机畸变发生装置所采用的一种较佳舵机臂摆动范围，本领域技术人员在本申请公开内容的基础上可以理解，也可采用其他合适的舵机臂摆动范围（例如，±120度、±100度、±80度、±60度等），而不脱离本申请权利要求的保护范围。

在一些实施例中，如图1-图2所示，舵机臂8长度与内流道直径的比值为5%～30%。该比值越大，则相同舵机行程下的金属丝抽拉幅度更大，然而，由于安装空间受限，该比值一般不超过30%。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过舵机臂长度与内流道直径的较佳比值，使得舵机臂的摆动能更适宜地拉动或推动金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

在一些实施例中，如图1-图2所示，舵机臂8长度与内流道直径的比值为15%。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过舵机臂长度与内流道直径的最佳比值，使得舵机臂的摆动能更适宜地拉动或推动金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

在一些实施例中，内流道直径与外流道直径根据航空发动机进气机匣大小确定，例如内流道直径为1.2m、外流道直径为1.5m；内流道直径为1.0m、外流道直径为1.3m，等等。

在一些实施例中，金属丝2的截面直径为2mm～8mm。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过金属丝的较佳截面直径，使得金属丝能具备一定的弹性和韧性，更适宜地实现金属丝径向分布密度的变化。

在一些实施例中，金属丝2的材料为65Mn弹簧钢。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：通过金属丝的较佳材料，使得金属丝能具备一定的弹性和韧性，更适宜地实现金属丝径向分布密度的变化。

当然，上述金属丝材料仅仅是本申请航空发动机畸变发生装置所采用的一种较佳金属丝材料，本领域技术人员在本申请公开内容的基础上可以理解，也可采用其他合适的金属丝材料（例如，铍青铜等），而不脱离本申请权利要求的保护范围。

在一些实施例中，如图1-图2所示，金属丝2径向分布密度的变化范围为20根/米～40根/米。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：能在适宜的变化范围内实现金属丝径向分布密度的变化。

在另一些实施例中，如图1-图2所示，金属丝2径向分布密度的变化范围为25根/米～35根/米。

在另一些实施例中，如图1-图2所示，金属丝2径向分布密度的变化范围为28根/米～32根/米。

在一些实施例中，如图1-图2所示，金属丝2在内流道壁3和外流道壁1之间的螺旋圈数为3圈～15圈。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：能在适宜的金属丝螺旋圈数范围内实现金属丝径向分布密度的变化。

在另一些实施例中，如图1-图2所示，金属丝2在内流道壁3和外流道壁1之间的螺旋圈数为5圈～10圈。

在一些实施例中，如图1-图2所示，内流道壁3的开口中心与舵机臂8的舵机轴固定端之间的弧度为0.2π～0.75π。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：既能避免金属丝与内流道壁开口刮磨，又能避免畸变网过度变形。具体地说，该弧度太短，则金属丝和内流道壁开口容易发生刮磨；该弧度太长，则金属丝抽拉时内流道壁开口与舵机臂安装金属丝端（接近舵机轴固定端）之间的金属丝容易变形，导致畸变网产生过度变形。

在一些实施例中，舵机臂8为蜗杆的构型，蜗杆嵌入在舵机轴10的末端开设的螺纹孔中，舵机轴10的末端还安装有电机，电机驱动蜗轮旋转，蜗轮带动蜗杆旋转同时上下移动。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：（1）扩大畸变网调节范围，解决了舵机臂摆动角度限制的问题。原来由于舵机臂摆动角度的限制，金属丝被拉动/推动的长度有限，因此畸变网变化效果不明显。可调节舵机臂（蜗杆构型）的灵活伸长可以改善上述问题，扩大畸变网调节范围。（2）实现金属丝拉/伸的精细化调节。原来不可调节舵机臂构型长度固定，舵机臂摆动对金属丝拉/伸的精度是一定的。可调节舵机臂（蜗杆构型）可以增大调节精度，实现精细化调节。例如，舵机最小摆动角度是1度，金属丝对应最小拉/伸长度1cm，现在通过缩短舵机臂长度，金属丝对应最小拉/伸长度为0.5cm，实现了精度更高的调节方式。

在一些实施例中，舵机臂8的末端设有半环结构，金属丝2的内端绕成圆环与半环结构相扣。

根据上述技术方案，本发明的航空发动机畸变发生装置能起到以下有益技术效果：半环结构和金属丝内端圆环相扣，避免了原来舵机臂直接连接金属丝，舵机臂长时间摆动易造成金属丝产生形变的隐患。

以上对本发明的具体实施方式进行了描述，但本领域技术人员将会理解，上述具体实施方式并不构成对本发明的限制，本领域技术人员可以在以上公开内容的基础上进行多种修改，而不超出本发明的范围。

Claims (12)

1.一种航空发动机畸变发生装置，其特征在于，所述航空发动机畸变发生装置包括弹性的金属丝、舵机和控制系统，所述舵机和所述控制系统设置于航空发动机进气机匣的内流道壁之内，所述舵机包括舵机臂，所述金属丝绕成螺旋结构且大部分设置于航空发动机进气机匣的内流道壁和外流道壁之间，所述金属丝的内端穿过所述内流道壁上的开口连接于所述舵机臂，所述金属丝的外端固定于所述外流道壁，所述控制系统与所述舵机通信以控制所述舵机臂摆动，从而拉动或推动所述金属丝的内端，以实现金属丝径向分布密度的变化。

2.如权利要求1所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，所述舵机还包括水平延伸的舵机轴，所述舵机臂垂直地固定于所述舵机轴。

3.如权利要求1所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，所述舵机臂的摆动范围为±90度。

4.如权利要求1所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，舵机臂长度与内流道直径的比值为5%～30%。

5.如权利要求4所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，舵机臂长度与内流道直径的比值为15%。

6.如权利要求1所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，所述金属丝的截面直径为2mm～8mm。

7.如权利要求1所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，所述金属丝的材料为65Mn弹簧钢。

8.如权利要求1所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，金属丝径向分布密度的变化范围为20根/米～40根/米。

9.如权利要求1所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，所述金属丝在内流道壁和外流道壁之间的螺旋圈数为3圈～15圈。

10.如权利要求2所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，所述内流道壁的开口中心与所述舵机臂的舵机轴固定端之间的弧度为0.2π～0.75π。

11.如权利要求2所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，所述舵机臂为蜗杆的构型，所述蜗杆嵌入在所述舵机轴的末端开设的螺纹孔中，所述舵机轴的末端还安装有电机，所述电机驱动蜗轮旋转，所述蜗轮带动所述蜗杆旋转同时上下移动。

12.如权利要求1所述的航空发动机畸变发生装置，其特征在于，所述舵机臂的末端设有半环结构，所述金属丝的内端绕成圆环与所述半环结构相扣。

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