CN113063597A - 一种滑油箱姿态特性试验系统及试验方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种滑油箱姿态特性试验系统，包括：发动机滑油箱、油气掺混箱、净化设备以及能够提供俯仰角度调节和翻转角度调节的姿态平台；自发动机滑油箱至油气掺混箱的管路形成供油路上依次布置有透明观察管、供油泵、压力变送器、温度变送器、供油电动调节阀、滑油温度调节装置以及滑油流量计；自油气掺混箱至发动机滑油箱的管路形成回油路上设有回油泵；自通入油气掺混箱的气源至油气掺混箱之间的管路形成供气路上依次设置有供气电动调节阀、空气流量计、空气加温器、压力变送器和温度变送器；自油气掺混箱和发动机滑油箱至排气口之间的管路形成排气路上设有净化设备，油气掺混箱和发动机滑油箱至净化设备的排气路上分别均设有电动调节阀。

Description

一种滑油箱姿态特性试验系统及试验方法

技术领域

本申请属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种滑油箱姿态特性试验系统及试验方法。

背景技术

航空发动机滑油箱用于贮存滑油、散发滑油热量和分离滑油中的空气，从而保证滑油系统中滑油的循环使用。由于飞机在飞行中会产生俯冲、爬升、倒飞等各种姿态，因此滑油箱应能保证飞机在各种姿态下实现对发动机的供油。

为了验证滑油箱在不同姿态条件下的特性，有必要对滑油箱开展姿态特性试验，以验证滑油箱在不同姿态条件下是否可以正常吸油，同时验证油箱液位变化、存油情况等特性。由于试验条件有限，现有技术中开展的滑油箱姿态特性试验比较简单，大多集中在验证姿态角变化过程中油箱液位变化等特性试验，而对滑油箱姿态飞行条件下的输油中断角度、最小存油量等特性却认知不足，导致在润滑系统设计中缺乏相关数据而将其忽略，无法有效评估真实飞行过程中的输油中断时间，无法有效推断输油中断后，轴承、滑油泵等部件可能引发的故障，飞行安全存在风险；无法有效评估飞行姿态条件下滑油箱内的最小存油量，无法精准设计滑油箱容量，为保证整机试车、试飞安全，往往增大滑油箱容量，使滑油箱容量设计裕度过大，造成发动机重量增加。此外，试验管路内流体均为滑油，不能验证滑油箱内真实的油气两相条件下的特性，功能性试验验证非常有限。

发明内容

本申请的目的是提供了一种滑油箱姿态特性试验系统，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种滑油箱姿态特性试验系统，所述试验系统包括：

发动机滑油箱、油气掺混箱、净化设备以及能够提供俯仰角度调节和翻转角度调节的姿态平台，所述发动机滑油箱设置于所述姿态平台上；

其中，自发动机滑油箱至油气掺混箱的管路形成供油路，所述供油路上自发动机滑油箱一端依次布置有透明观察管、供油泵、压力变送器、温度变送器、供油电动调节阀、滑油温度调节装置以及滑油流量计；

自油气掺混箱至发动机滑油箱的管路形成回油路，所述回油路上设有回油泵；

自通入油气掺混箱的气源至油气掺混箱之间的管路形成供气路，所述供气路上自气源一端依次设置有供气电动调节阀、空气流量计、空气加温器、压力变送器和温度变送器；以及

自油气掺混箱和发动机滑油箱至排气口之间的管路形成排气路，所述排气路上设有净化设备，所述油气掺混箱和发动机滑油箱至所述净化设备的排气路上分别设有油气掺混箱电动调节阀和滑油箱排气电动调节阀。

进一步的，所述透明观察管采用玻璃材质制成。

进一步的，所述滑油温度调节装置包括滑油管路加温器和水冷散热器，所述滑油管路加温器和水冷散热器并联设置。

进一步的，所述姿态平台包括翻转角旋转机构和俯仰角旋转机构，所述翻转角旋转机构用于调节所述发动机滑油箱的翻转角度，所述俯仰角旋转机构用于调节所述发动机滑油箱的俯仰角度。

进一步的，所述姿态平台包括翻转角旋转机构和俯仰角旋转机构，所述翻转角旋转机构用于调节所述发动机滑油箱的翻转角度，所述俯仰角旋转机构用于调节所述发动机滑油箱的俯仰角度。

进一步的，所述温度变送器、压力变送器和流量计能够实现将所测量的温度、压力或流量参数转化为气动信号或电信号进行控制和远传，从而实现试验系统的自动调节。

另外，本申请还提供了一种采用如上任一所述的滑油箱姿态特性试验系统的试验方法，所述试验方法包括如下步骤：

S1、启动供油泵并调节供油泵转速，将供油流量调至要求值，打开供油电动调节阀并调节开度，将供油流量调至要求值；

S2、启动回油泵并调节回油泵转速，使回油量与供油量达到发动机要求的回供油比；

S3、启动管路温度调节装置，使供油路温度达到要求；

S4、打开供气电动调节阀并调节开度，将供气流量调至要求值，启动空气加温器并调节开启加温器功率，直到供气路温度达到要求；

S5、打开油气掺混箱至净化设备间的排气电动调节阀并调节开度，将油气掺混箱的压力调节到位；

S6、打开发动机滑油箱至净化设备间的排气电动调节阀并调节开度，将发动机滑油箱的压力调节到位；

S7、控制姿态平台，使姿态平台上的发动机滑油箱的翻转角度调至预定要求角度，然后控制姿态平台从-180°至+180°不断调节俯仰角度，俯仰角度变化期间通过透明观察管观察管路内的流动状态，若出现断流现象则记录所述俯仰角度值和/或翻转角度值，此时一个工况调节完毕；

S8、控制姿态平台将翻转角度调至新的翻转角度，重复步骤S7进行俯仰角度调节，直到所有工况调节完毕。

另外，本申请还提供了一种采用如上任一所述的滑油箱姿态特性试验系统的试验方法，所述试验方法包括如下步骤：

S1、调节姿态平台的翻转角度，将翻转角度调至要求角度，调节姿态平台的俯仰角度，将俯仰角度调至要求角度；

S2、启动供油泵，将发动机滑油箱中的滑油抽出至油气掺混箱，观察透明观察管内的滑油断流情况，若出现断流现象则关闭供油泵，此时放出发动机滑油箱中的滑油并进行称量；

S3、调节姿态平台的翻转角度和俯仰角度，将翻转角度和俯仰角度分别调至新的要求角度，重复步骤S2，直到所有翻转角度和俯仰角度的工况调节完毕。

本申请所提供的滑油箱姿态特性试验系统通过采用油气掺混箱来模拟发动机轴承腔的方案，并对油气掺混箱的滑油供油和供气分别进行流量和温度调节，油气掺混比例可控，模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的滑油箱姿态特性试验系统组成图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了实现通过控制一定比例的供油和供气来模拟发动机真实油气掺混比例，验证发动机滑油箱内真实的油气两相条件下的特性，本申请提供了一种滑油箱姿态特性试验系统，建立了模拟发动机滑油系统的供/回油路和通风/排气路，通过在试验系统内设置一油气掺混箱来模拟发动机轴承腔，通过控制一定比例的供油和供气来模拟发动机真实油气掺混比例，以验证滑油箱内真实的油气两相条件下的特性。此外，本申请提供的试验系统还通过姿态平台来安装与承载发动机滑油箱，通过控制姿态平台的两个自由度旋转来模拟真实发动机的俯仰角和翻转角的变化，从而可以实现研究不同姿态角度条件下的供油中断情况和滑油箱最小存油情况。

如图1所示，本申请提供的滑油箱姿态特性试验系统主要包括：发动机滑油箱、油气掺混箱、净化设备以及能够提供俯仰角调节和翻转角调节的姿态平台，发动机滑油箱安装在姿态平台上，从而使模拟发动机滑油箱在空中的真实姿态。

其中，从发动机滑油箱至油气掺混箱之间的管路构成供油路，在供油路中，从发动机滑油箱的出口端向油气掺混箱的进口端依次连接透明观察管、供油泵、压力变送器P2和温度变送器T2、供油电动调节阀KD2、滑油温度调节装置以及滑油流量计Q2。滑油可从发动机滑油箱的出口沿着供油路流至油气掺混箱。

在上述供油路中，滑油流量计Q2可以进行供油流量的监测。通过调节供油泵的转速N1可以实现供油流量的调节；通过调节供油电动调节阀KD2的开度可以调节供油压力，供油压力进而通过压力变送器P2测量，可用于近似模拟发动机吸油管路段的压力。

在本申请一优选实施例中，滑油温度调节装置包括滑油管路加温器和水冷散热器，滑油管路加温器和水冷散热器并联布置，通过调节滑油管路加温器进行供油路内滑油的加温调节，通过调节水冷散热器的供水进行供油路内滑油的降温调节。

进一步的，在并联布置的滑油管路加温器和水冷散热器的进口端和出口端均设置电动转向阀KQ1～KQ2，电动转向阀KQ1～KQ2可根据供油温度(通过温度变送器T2测量)设置值大小，自动的选择使用滑油管路加温器或水冷散热器，并通过滑油管路加温器功率调节或冷却水供给来实现供油温度的调节。

在本申请一实施例中，透明观察管可以玻璃或其他高分子聚合物的透明材质制成，可承受一定的温度和压力，通过透明观察管可以观察供油路内的滑油流动状态，从而方便的检查供油路上是否发生输油中断情况。

从油气掺混箱至发动机滑油箱之间的管路构成回油路，在回油路中，从油气掺混箱的底部出口端开始，通向发动机滑油箱之间设有回油泵，通过回油泵使得回油路与供油路形成滑油的循环回路。

在回油路中，可以通过调节回油泵的转速N2实现回油流量的调节。

从气源至油气掺混箱之间的管路构成供气路，在供气路中，从气源开始，依次连接供气电动调节阀KD1、空气流量计Q1、空气加温器、压力变送器P1和温度变送器T1，气体从气源处能够流进油气掺混箱，气源提供的气体与发动机滑油箱提供的滑油在油气掺混箱内掺混，从而形成油气混合物。

供气路中的空气流量计Q1可以用来监测供气流量。

通过调节供气电动调节阀KD1的开度来实现供气流量的调节；通过调节空气加温器可以实现供气路中气体温度的调节，根据温度变送器T1测量的供气温度设置值大小，可以自动的进行空气加温器功率调节来实现供气温度调节。

油气掺混箱、发动机滑油箱至外界大气环境之间的管路构成排气路，在排气路中，油气掺混箱和发动机滑油箱分别通过油气掺混箱电动调节阀KD3和滑油箱排气电动调节阀KD4连接至净化设备，然后再通过净化设备连接至外界大气环境。

在本申请的滑油箱姿态特性试验系统中，油气掺混箱可以用来模拟发动机轴承腔，其排气路用于模拟发动机轴承腔的通风路，在油气掺混箱供油、供气和回油调节到位状态下，通过调节油气掺混箱出气口的电动调节阀KD3的开度来实现油气掺混箱的压力(通过油气掺混箱附带的压力变送器P3)调节，当气体流量和油液流量调节至要求值后，不再调节；发动机滑油箱的排气路可以用于模拟发动机滑油箱的通风路，在发动机滑油箱供油、回油调节到位状态下，通过调节滑油箱排气电动调节阀KD4的开度来实现发动机滑油箱压力P4调节。

在本申请实施例中，姿态平台用于起支撑与安装发动机滑油箱的作用，姿态平台上设置俯仰角旋转机构和翻转角旋转机构，通过控制俯仰角旋转机构旋转来进行姿态平台的俯仰角度调节，直到调节俯仰角至要求值，通过控制翻转角旋转机构旋转来进行姿态平台的翻转角度调节，直到调节翻转角至要求值。

最后，本申请中的上述温度变送器、压力变送器和流量计等均可实现温度、压力或流量参数转化为气动信号或电信号进行控制和远传，形成控制反馈回路，从而实现试验系统的自动调节。

另外，基于本申请的上述滑油箱姿态特性试验系统可进行滑油箱的姿态特性试验。滑油箱姿态特性试验包含多个，但在本申请以下实施例中，仅对姿态特性试验的主要两个试验过程予以阐述，即旋转吸油功能试验和油箱最小存油量试验。

试验一、旋转吸油功能试验

①启动供油泵并调节供油泵转速N1，将供油流量Q2调至要求值，打开供油电动调节阀KD2并调节开度，将供油流量Q2调至要求值；

②启动回油泵并调节回油泵转速N2，使回油量/供油量达到发动机要求的回供油比要求；

③启动管路加温器并调节管路加温器功率，直到T2达到要求，若再进行交底温度工况调节，关闭管路加温器，同时启动水冷散热器，对供油温度进行降温，直到T2达到要求；

④打开供气电动调节阀KD1并调节开度，将供气流量Q1调至要求值，启动空气加温器并调节加温器功率，直到T1达到要求；

⑤打开油气掺混箱排气电动调节阀KD3并调节开度，将油气掺混箱压力P3调节到位；

⑥打开滑油箱排气电动调节阀KD4并调节开度，将发动机滑油箱压力P4调节到位；

⑦控制姿态平台的翻转角旋转机构，将翻转角调至某要求角度，然后控制俯仰角旋转机构，从-180°至+180°不断调节俯仰角，角度变化期间通过透明玻璃管观察管路内的流动状态，若出现断流现象则记录该角度值，此时一个工况调节完毕；

⑧控制翻转角旋转机构，将翻转角度调至新的翻转角，再第⑦条要求进行俯仰角度调节，直到所有工况调节完毕。

试验二、油箱最小存油量试验

①控制姿态平台的翻转角旋转机构，将翻转角调至某要求角度，控制俯仰角旋转机构，将俯仰角调至某要求角度；

②启动供油泵，将发动机滑油箱中的滑油抽出至油气掺混箱，观察透明玻璃管内断流情况，若出现断流现象则关闭供油泵，此时放出发动机滑油箱中的滑油并进行称量；

③控制姿态平台的翻转角旋转机构和俯仰角旋转机构，将翻转角和俯仰角分别调至新的要求角度，再次进行第②条操作，直到所有翻转角和俯仰角工况调节完毕。

本申请所提供的滑油箱姿态特性试验系统通过采用油气掺混箱来模拟发动机轴承腔的方案，并对油气掺混箱的滑油供油和供气分别进行流量和温度调节，且油气掺混比例可控；通过将滑油管路加温器和水冷散热器并联布置来进行温度控制的调节方法，该方法可避免传统串联布置在加温阶段高温滑油对水冷散热器的热损伤；通过设置玻璃透明管观察供油流体状态的试验方法，在滑油箱的不同姿态条件下，通过透明玻璃管观测管内输油中断情况，研究得到滑油箱姿态条件下的吸油管输油中断特性；通过对发动机滑油箱完全抽油，再称量发动机滑油箱的放油量得到最小存油量的试验方法，在滑油箱的不同姿态条件下，研究得到滑油箱姿态条件下的最小存油量特性。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种滑油箱姿态特性试验系统，其特征在于，所述试验系统包括：

发动机滑油箱、油气掺混箱、净化设备以及能够提供俯仰角度调节和翻转角度调节的姿态平台，所述发动机滑油箱设置于所述姿态平台上；

其中，自发动机滑油箱至油气掺混箱的管路形成供油路，所述供油路上自发动机滑油箱一端依次布置有透明观察管、供油泵、压力变送器、温度变送器、供油电动调节阀、滑油温度调节装置以及滑油流量计；

自油气掺混箱至发动机滑油箱的管路形成回油路，所述回油路上设有回油泵；

自通入油气掺混箱的气源至油气掺混箱之间的管路形成供气路，所述供气路上自气源一端依次设置有供气电动调节阀、空气流量计、空气加温器、压力变送器和温度变送器；以及

自油气掺混箱和发动机滑油箱至排气口之间的管路形成排气路，所述排气路上设有净化设备，所述油气掺混箱和发动机滑油箱至所述净化设备的排气路上分别设有油气掺混箱电动调节阀和滑油箱排气电动调节阀。

2.如权利要求1所述的滑油箱姿态特性试验系统，其特征在于，所述透明观察管采用玻璃材质制成。

3.如权利要求1所述的滑油箱姿态特性试验系统，其特征在于，所述滑油温度调节装置包括滑油管路加温器和水冷散热器，所述滑油管路加温器和水冷散热器并联设置。

4.如权利要求3所述的滑油箱姿态特性试验系统，其特征在于，在并联设置的滑油管路加温器和水冷散热器之前和之后均设有电动转换阀，用于控制控制滑油流向滑油管路加温器或是水冷散热器。

5.如权利要求1所述的滑油箱姿态特性试验系统，其特征在于，所述姿态平台包括翻转角旋转机构和俯仰角旋转机构，所述翻转角旋转机构用于调节所述发动机滑油箱的翻转角度，所述俯仰角旋转机构用于调节所述发动机滑油箱的俯仰角度。

6.如权利要求1所述的滑油箱姿态特性试验系统，其特征在于，所述温度变送器、压力变送器和流量计能够实现将所测量的温度、压力或流量参数转化为气动信号或电信号进行控制和远传，从而实现试验系统的自动调节。

7.一种采用如权利要求1至6任一所述的滑油箱姿态特性试验系统的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括如下步骤：

S1、启动供油泵并调节供油泵转速，将供油流量调至要求值，打开供油电动调节阀并调节开度，将供油流量调至要求值；

S2、启动回油泵并调节回油泵转速，使回油量与供油量达到发动机要求的回供油比；

S3、启动管路温度调节装置，使供油路温度达到要求；

S4、打开供气电动调节阀并调节开度，将供气流量调至要求值，启动空气加温器并调节开启加温器功率，直到供气路温度达到要求；

S5、打开油气掺混箱至净化设备间的排气电动调节阀并调节开度，将油气掺混箱的压力调节到位；

S6、打开发动机滑油箱至净化设备间的排气电动调节阀并调节开度，将发动机滑油箱的压力调节到位；

S7、控制姿态平台，使姿态平台上的发动机滑油箱的翻转角度调至预定要求角度，然后控制姿态平台从-180°至+180°不断调节俯仰角度，俯仰角度变化期间通过透明观察管观察管路内的流动状态，若出现断流现象则记录所述俯仰角度值和/或翻转角度值，此时一个工况调节完毕；

S8、控制姿态平台将翻转角度调至新的翻转角度，重复步骤S7进行俯仰角度调节，直到所有工况调节完毕。

8.一种采用如权利要求1至6任一所述的滑油箱姿态特性试验系统的试验方法，其特征在于，所述试验方法包括如下步骤：

S1、调节姿态平台的翻转角度，将翻转角度调至要求角度，调节姿态平台的俯仰角度，将俯仰角度调至要求角度；

S2、启动供油泵，将发动机滑油箱中的滑油抽出至油气掺混箱，观察透明观察管内的滑油断流情况，若出现断流现象则关闭供油泵，此时放出发动机滑油箱中的滑油并进行称量；

S3、调节姿态平台的翻转角度和俯仰角度，将翻转角度和俯仰角度分别调至新的要求角度，重复步骤S2，直到所有翻转角度和俯仰角度的工况调节完毕。

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