CN113029581B - 一种合页式可调畸变发生器模型实验台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合页式可调畸变发生器模型实验台，包括发生管道、大功率离心风机和电动阀门；发生管道包含依次相连的喇叭口、入口测量段、实验段、出口测量段和扩张段；实验段安装有畸变发生器；本发明采用直流吸气式布局，气流由喇叭口集中后进入入口测量段，再经过实验段产生畸变后进入出口测量段，然后经由扩张段后进入离心风机，最后经过电动阀门并排出。本发明能够快速低成本地获得合页式可调畸变发生器不同几何状态下产生的畸变流场，获得畸变发生器状态与产生畸变流场之间规律，为研究此新型畸变发生器调节方法及效果提供技术支持。

Description

一种合页式可调畸变发生器模型实验台

技术领域

本发明涉及航空发动机以及流体参数测量技术领域，尤其涉及一种合页式可调畸变发生器模型实验台，适用于研究合页式可调畸变发生器在不同来流马赫数下所产生的总压畸变流场预测及调节指导方法。

背景技术

实际应用中，航空发动机几乎无一例外的必须在非均匀进气条件下工作，即在进口流场畸变下工作进口流场畸变会对发动机的气动性能产生巨大影响，主要包括：影响航空发动机的稳定边界，一般令发动机的稳定边界向下移动，使其喘振裕度降低，降低发动机整体性能，严重时可能会导致发动机发生旋转失速，喘振，发动机各部件发生重大损坏，熄火停车等问题。

综上所述，在发动机的设计与研发过程中，实时的开展发动机进气总压畸变实验及数值模拟研究，以此为依据指导和修改发动机设计，并最终符合航空发动机稳定性评定要求是必不可少的环节，目前进行总压畸变实验的常规方法是：通过总压畸变发生器在发动机进口截面生成畸变流场，以此模拟发动机在进气畸变情况下的工作状态，该领域已发展出多种形式的的总压畸变发生器，如畸变网、模拟板、随机频率模拟器、平面波模拟器、唇口装置等，但上述装置大多存在着设计使用过程繁琐、通用性较差、成本高昂等缺点。

为解决上述问题，学界提出了一种全新的总压畸变发生装置，其采用垂直夹板互相平行地间隔安装，在夹板间的通道内安装大小相等的合页，合页由推杆，气缸等控制组件实现远程控制，可自由调节其开合角度，作为畸变元件，合页的开合角度决定了其对下游气流影响的范围及强度。使用时，通过远程控制各个合页的开合角度，即可在下游产生合适的畸变流场。

为了研究此新型畸变发生装置的实际效果，了解合页开合角度对实际产生的畸变流场影响的规律，并通过人工神经网络算法预测畸变发生器在不同形态下产生的畸变流场，开发合页调节预测程序指导合页调节，需进行大量的实验来获得样本，进行人工神经网络的训练，从而得出调节规律。如果采用真实的畸变发生器在航空发动机实验台上开展实验研究，则必然成本高昂，且如发现问题需要重新设计改进畸变发生装置，则必然导致研发经费浪费、研发周期延长。如采用数值模拟进行研究，则需面临计算结果与真实结果存在误差，且普通计算机算力不足难以满足需求等问题。

因此需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷，提供一种合页式可调畸变发生器模型实验台，在合页式可调畸变发生器设计研发过程中即开展此畸变发生器状态调节对生成畸变流场的变化规律展开研究，快速获得不同状态下生成的畸变流场，获得大量样本用以指导和设计调节指导程序。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种合页式可调畸变发生器模型实验台，包括发生管道、大功率离心风机和电动阀门；

所述发生管道包含依次相连的喇叭口、入口测量段、实验段、出口测量段和扩张段，其中，入口测量段、出口测量段均为直径为R的直管，扩张段为沿来流方向截面积逐渐增大的管道；

所述入口测量段的进口端和所述喇叭口的出口段密闭相连，且入口测量段的进口处周向均匀设有若干稳态壁面静压测点，用于测量来流静压；

所述实验段包含前管、畸变发生器和后管，所述前管、后管均为直径为R的直管；

所述畸变发生器包含箱体、抽拉架和合页模块；

所述箱体为中空长方体，包含第一端壁、第二端壁、以及第一至第四侧壁；所述第一端壁、第二端壁均为正方形，且第一端壁、第二端壁中心均设有直径为R的通孔；

所述前管一端和所述入口测量段的出口密闭相连，另一端和所述第一端壁中心的通孔密闭相连；所述后管一端和所述第二端壁中心的通孔密闭相连，另一端和所述出口测量段的入口密闭相连；

所述抽拉架包含第一滑条、第二滑条、N个隔板、以及封板，N为大于等于3的自然数，其中，所述第一滑条、第二滑条结构相同且平行设置；所述N个隔板结构相同，均匀平行设置在第一滑条、第二滑条之间，均一端和第一滑条垂直固连、另一端和第二滑条垂直固连，且隔板的宽度小于等于第一滑条的宽度；相邻隔板件间沿隔板的长度方向都均匀设有M个平行于第一封条的安装板，M为大于等于1的自然数；所述封板的宽度大于第一滑条的宽度，封板的长度大于隔板的长度；第一个隔板的外端壁和封板的内端壁固连，第一个隔板的中心和封板的中心重合，且第一个隔板的长边和封板的长边平行，使得第一滑条、第二滑条、N个隔板形成的框架和封板垂直固连；

所述第一侧壁上设有供所述抽拉架第一滑条、第二滑条伸入的通槽，且箱体内设有和所述第一滑条、第二滑条相匹配的滑轨，使得所述抽拉架能够从第一侧壁的通槽滑入箱体内，当封板和第一侧壁贴合时，第一滑条、第二滑条、N个隔板形成的框架挡在前管和后管之间且框架的中心位于前管的轴线上；

所述合页模块包含（N-1）*M个合页模型，一一对应设置在框架中（N-1）*M个安装板上；所述合页模型包含第一导流板、第二导流板和卡槽，所述第一导流板、第二导流板结构相同，第一导流板的一条边和第二导流板的一条边固连，使得第一导流板、第二导流板之间形成大于等于0°小于等于120°的夹角；所述卡槽设置在第一导流板、第二导流板之间的对称面上，用于将合页模型插在其对应的安装板上使之固定在其对应的安装板上；

所述出口测量段距畸变发生器一倍管径R处的内壁上周向均匀设有P根垂直指向出口测量段轴线的总压探针，形成用于测量气流经过畸变发生器后总压分布状态的总压测量截面，P为大于等于3的自然数；

所述P根总压探针中，P-1根总压探针的结构相同：长度均小于R/2，且其上均设有Q个用于测量压值的总压测点，且该Q个总压测点沿出口测量段径向按照等环面中心布置，Q为大于等于2的自然数；剩余的1根总压探针长度等于R/2，其上设有Q+1个用于测量压值的总压测点，其中1个总压测点设置在出口测量段的轴线上，另外Q个总压测点沿出口测量段径向按照等环面中心布置；

所述出口测量段的出口端和所述扩张段的入口端密闭相连；

气流由喇叭口吸入，经过入口测量段、实验段、出口测量段，再经过扩张段扩张，最后依次经过离心风机、电动阀门排出；所述离心风机作为实验台的气源动力，用于为实验台提供稳定的流场条件；所述电动阀门设置在离心风机下游，用于根据指令调整其开度进而调整实验段来流马赫数。

通过测量实验时来流的总压和静压能够求得实验段的来流马赫数。

作为本发明一种合页式可调畸变发生器模型实验台进一步的优化方案，所述喇叭口的型面采用双扭线形型面。

作为本发明一种合页式可调畸变发生器模型实验台进一步的优化方案，所述第二端壁和第一滑轨之间设有搭扣锁，用于在封板和第一侧板贴合时锁住或松开抽拉架和箱体。

作为本发明一种合页式可调畸变发生器模型实验台进一步的优化方案，所述第一侧壁在其通槽周围设有密封槽并安装弹性橡胶填充物，以保证封板和第一侧板之间的气密性。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1在此新型畸变发生器研发阶段即可开展大量实验，研究其实际效果，通过关联畸变发生器状态与产生流场，建立两者关联模型，研究其变化规律，较已有技术明显提前；

2、与使用真实畸变发生器开展实验相比，明显加快其研发周期，降低修改设计造成的经费损失；

3、与传统畸变发生器实验对比，由于合页式可调畸变发生器需要调节的特殊性质，势必会导致畸变发生器频繁拆装，本发明通过快拆式结构避免了这一问题，在相同的实验时间内，可为后续研发工作提供更多实验样本，加快研究进度；

4、与数值模拟结果相比，实验结果明显更为可靠，可信度更高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明入口测量段中静压测点的分布示意图；

图3为本发明中实验段封板和第一侧壁贴合时的结构示意图；

图4为本发明中抽拉架的结构示意图图；

图5为本发明中不同开度的合页模型的结构示意图；

图6为本发明中实验段封板和第一侧壁拉开时的结构示意图；

图7为本发明中总压探针的结构示意图；

图8为本发明出口测量段中总压测点的分布示意图。

图中，1-喇叭口，2-入口测量段，3-实验段，4-出口测量段，5-扩张段，6-离心风机，7-电动阀门，8-总压探针，9-前管，10-畸变发生器，11-后管，12-第一滑条，13-第二滑条，14-隔板，15-封板，16-合页模型，17-搭扣锁，18-密封槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明可以以许多不同的形式实现，而不应当认为限于这里所述的实施例。相反，提供这些实施例以便使本公开透彻且完整，并且将向本领域技术人员充分表达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见放大了组件。

如图1所示，本发明公开了一种合页式可调畸变发生器模型实验台，其特征在于，包括发生管道、大功率离心风机和电动阀门；

所述发生管道包含依次相连的喇叭口、入口测量段、实验段、出口测量段和扩张段，其中，入口测量段、出口测量段均为直径为R的直管，扩张段为沿来流方向截面积逐渐增大的管道；

所述入口测量段的进口端和所述喇叭口的出口段密闭相连，且入口测量段的进口处周向均匀设有若干稳态壁面静压测点，用于测量来流静压，如图2所示；

如图3所示，所述实验段包含前管、畸变发生器和后管，所述前管、后管均为直径为R的直管；

所述畸变发生器包含箱体、抽拉架和合页模块；

所述箱体为中空长方体，包含第一端壁、第二端壁、以及第一至第四侧壁；所述第一端壁、第二端壁均为正方形，且第一端壁、第二端壁中心均设有直径为R的通孔；

所述前管一端和所述入口测量段的出口密闭相连，另一端和所述第一端壁中心的通孔密闭相连；所述后管一端和所述第二端壁中心的通孔密闭相连，另一端和所述出口测量段的入口密闭相连；

如图4所示，所述抽拉架包含第一滑条、第二滑条、N个隔板、以及封板，N为大于等于3的自然数，其中，所述第一滑条、第二滑条结构相同且平行设置；所述N个隔板结构相同，均匀平行设置在第一滑条、第二滑条之间，均一端和第一滑条垂直固连、另一端和第二滑条垂直固连，且隔板的宽度小于等于第一滑条的宽度；相邻隔板件间沿隔板的长度方向都均匀设有M个平行于第一封条的安装板，M为大于等于1的自然数；所述封板的宽度大于第一滑条的宽度，封板的长度大于隔板的长度；第一个隔板的外端壁和封板的内端壁固连，第一个隔板的中心和封板的中心重合，且第一个隔板的长边和封板的长边平行，使得第一滑条、第二滑条、N个隔板形成的框架和封板垂直固连；

所述第一侧壁上设有供所述抽拉架第一滑条、第二滑条伸入的通槽，且箱体内设有和所述第一滑条、第二滑条相匹配的滑轨，使得所述抽拉架能够从第一侧壁的通槽滑入箱体内，当封板和第一侧壁贴合时，第一滑条、第二滑条、N个隔板形成的框架挡在前管和后管之间且框架的中心位于前管的轴线上；图3为实验段封板和第一侧壁贴合时的结构示意图；图6为实验段封板和第一侧壁拉开时的结构示意图；

所述合页模块包含（N-1）*M个合页模型，一一对应设置在框架中（N-1）*M个安装板上；所述合页模型包含第一导流板、第二导流板和卡槽，所述第一导流板、第二导流板结构相同，第一导流板的一条边和第二导流板的一条边固连，使得第一导流板、第二导流板之间形成大于等于0°小于等于120°的夹角；所述卡槽设置在第一导流板、第二导流板之间的对称面上，用于将合页模型插在其对应的安装板上使之固定在其对应的安装板上，如图5所示；

所述出口测量段距畸变发生器一倍管径R处的内壁上周向均匀设有P根垂直指向出口测量段轴线的总压探针，总压探针的结构如图7所示，形成用于测量气流经过畸变发生器后总压分布状态的总压测量截面，如图8所示，P为大于等于3的自然数；

所述P根总压探针中，P-1根总压探针的结构相同：长度均小于R/2，且其上均设有Q个用于测量压值的总压测点，且该Q个总压测点沿出口测量段径向按照等环面中心布置，Q为大于等于2的自然数；剩余的1根总压探针长度等于R/2，其上设有Q+1个用于测量压值的总压测点，其中1个总压测点设置在出口测量段的轴线上，另外Q个总压测点沿出口测量段径向按照等环面中心布置；

所述出口测量段的出口端和所述扩张段的入口端密闭相连；

气流由喇叭口吸入，经过入口测量段、实验段、出口测量段，再经过扩张段扩张，最后依次经过离心风机、电动阀门排出；所述离心风机作为实验台的气源动力，用于为实验台提供稳定的流场条件；所述电动阀门设置在离心风机下游，用于根据指令调整其开度进而调整实验段来流马赫数。

通过测量实验时来流的总压和静压能够求得实验段的来流马赫数。

所述喇叭口的型面采用双扭线形型面，从而尽可能提高气流品质。

所述第二端壁和第一滑轨之间设有搭扣锁，用于在封板和第一侧板贴合时锁住或松开抽拉架和箱体。

所述第一侧壁在其通槽周围设有密封槽并安装弹性橡胶填充物，以保证封板和第一侧板之间的气密性。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种合页式可调畸变发生器模型实验台，其特征在于，包括发生管道、大功率离心风机和电动阀门；

所述发生管道包含依次相连的喇叭口、入口测量段、实验段、出口测量段和扩张段，其中，入口测量段、出口测量段均为直径为R的直管，扩张段为沿来流方向截面积逐渐增大的管道；

所述入口测量段的进口端和所述喇叭口的出口段密闭相连，且入口测量段的进口处周向均匀设有若干稳态壁面静压测点，用于测量来流静压；

所述实验段包含前管、畸变发生器和后管，所述前管、后管均为直径为R的直管；

所述畸变发生器包含箱体、抽拉架和合页模块；

所述箱体为中空长方体，包含第一端壁、第二端壁、以及第一至第四侧壁；所述第一端壁、第二端壁均为正方形，且第一端壁、第二端壁中心均设有直径为R的通孔；

所述前管一端和所述入口测量段的出口密闭相连，另一端和所述第一端壁中心的通孔密闭相连；所述后管一端和所述第二端壁中心的通孔密闭相连，另一端和所述出口测量段的入口密闭相连；

所述抽拉架包含第一滑条、第二滑条、N个隔板、以及封板，N为大于等于3的自然数，其中，所述第一滑条、第二滑条结构相同且平行设置；所述N个隔板结构相同，均匀平行设置在第一滑条、第二滑条之间，均一端和第一滑条垂直固连、另一端和第二滑条垂直固连，且隔板的宽度小于等于第一滑条的宽度；相邻隔板件间沿隔板的长度方向都均匀设有M个平行于第一封条的安装板，M为大于等于1的自然数；所述封板的宽度大于第一滑条的宽度，封板的长度大于隔板的长度；第一个隔板的外端壁和封板的内端壁固连，第一个隔板的中心和封板的中心重合，且第一个隔板的长边和封板的长边平行，使得第一滑条、第二滑条、N个隔板形成的框架和封板垂直固连；

所述第一侧壁上设有供所述抽拉架第一滑条、第二滑条伸入的通槽，且箱体内设有和所述第一滑条、第二滑条相匹配的滑轨，使得所述抽拉架能够从第一侧壁的通槽滑入箱体内，当封板和第一侧壁贴合时，第一滑条、第二滑条、N个隔板形成的框架挡在前管和后管之间且框架的中心位于前管的轴线上；

所述合页模块包含（N-1）*M个合页模型，一一对应设置在框架中（N-1）*M个安装板上；所述合页模型包含第一导流板、第二导流板和卡槽，所述第一导流板、第二导流板结构相同，第一导流板的一条边和第二导流板的一条边固连，使得第一导流板、第二导流板之间形成大于等于0°小于等于120°的夹角；所述卡槽设置在第一导流板、第二导流板之间的对称面上，用于将合页模型插在其对应的安装板上使之固定在其对应的安装板上；

所述出口测量段距畸变发生器一倍管径R处的内壁上周向均匀设有P根垂直指向出口测量段轴线的总压探针，形成用于测量气流经过畸变发生器后总压分布状态的总压测量截面，P为大于等于3的自然数；

所述P根总压探针中，P-1根总压探针的结构相同：长度均小于R/2，且其上均设有Q个用于测量压值的总压测点，且该Q个总压测点沿出口测量段径向按照等环面中心布置，Q为大于等于2的自然数；剩余的1根总压探针长度等于R/2，其上设有Q+1个用于测量压值的总压测点，其中1个总压测点设置在出口测量段的轴线上，另外Q个总压测点沿出口测量段径向按照等环面中心布置；

所述出口测量段的出口端和所述扩张段的入口端密闭相连；

气流由喇叭口吸入，经过入口测量段、实验段、出口测量段，再经过扩张段扩张，最后依次经过离心风机、电动阀门排出；所述离心风机作为实验台的气源动力，用于为实验台提供稳定的流场条件；所述电动阀门设置在离心风机下游，用于根据指令调整其开度进而调整实验段来流马赫数。

2.根据权利要求1所述的合页式可调畸变发生器模型实验台，其特征在于，所述喇叭口的型面采用双扭线形型面。

3.根据权利要求1所述的合页式可调畸变发生器模型实验台，其特征在于，所述第二端壁和第一滑轨之间设有搭扣锁，用于在封板和第一侧板贴合时锁住或松开抽拉架和箱体。

4.根据权利要求1所述的合页式可调畸变发生器模型实验台，其特征在于，所述第一侧壁在其通槽周围设有密封槽并安装弹性橡胶填充物，以保证封板和第一侧板之间的气密性。

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