CN113074948A - 一种航空发动机引气试验设备及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空发动机引气试验设备及试验方法，以解决传统的APS引气试验设备不能在起动试验过程中对引气温度、压力、流量等重要工艺参数进行精确测量，也无法模拟环控引气系统负载进行动态试验，且没有其他气源接口的问题。该设备包括APU引气输出管路、流量监测管路、ATS引气输入管路、环控引气管路、双向输送管路、双向切换管路、排气管路、排气塔、第一气源输出管路、第二气源输出管路。环控引气管路可实现环控引气系统负载试验；各管路上设置有探头和流量计，可精确测量试验中引气流量、温度、压力等关键工艺参数；第一气源输出管路、第二气源输出管路可支持多种气源供气。

Description

一种航空发动机引气试验设备及试验方法

技术领域

本发明涉及航空发动机试验领域，具体涉及一种航空发动机引气试验设备及试验方法。

背景技术

在飞机辅助动力系统(APS，Auxiliary Power System)起动试验中，辅助动力装置(APU)输出的引气流量被输送给装在飞附机匣(AMAD)上的空气涡轮起动机(ATS)，涡轮受气流冲击输出轴功率，带动飞附机匣运转进而实现主发动机的起动。在APS起动过程中，引气温度、压力、流量是试验过程中的重要参数。

传统的APS引气试验设备只能实现APU引气通过管路直接输送至ATS进行起动试验，不能在起动试验过程中对引气温度、压力、流量等重要工艺参数进行精确测量，也无法模拟环控引气系统负载进行动态试验。由于设备没有其他气源接口，在APU不工作时不能单独进行起动试验，因此当起动系统试车试验当中发生故障时，也很难将故障点隔离至各部件，给排故带来困难。

发明内容

本发明的目的是解决传统的APS引气试验设备不能在起动试验过程中对引气温度、压力、流量等重要工艺参数进行精确测量，也无法模拟环控引气系统负载进行动态试验，且没有其他气源接口的问题，而提供一种航空发动机引气试验设备及试验方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种航空发动机引气试验设备，其特殊之处在于：

包括APU引气输出管路、流量监测管路、ATS引气输入管路、环控引气管路、双向输送管路、双向切换管路、排气管路、排气塔、第一气源输出管路、第二气源输出管路；

所述APU引气输出管路入口与APU引气出口连接，其出口分别与流量监测管路入口、双向输送管路一端连接；所述APU引气输出管路上设置有单向阀、APU引气出口静压探头、APU引气出口总压探头、APU引气出口温度探头；

所述流量监测管路出口分别与ATS引气输入管路入口、环控引气管路入口连接；所述流量监测管路上设置有流量计；

所述ATS引气输入管路出口与ATS引气入口连接；所述ATS引气输入管路上设置有ATS入口温度探头、ATS入口静压探头；

所述环控引气管路出口与排气塔连接；所述环控引气管路上设置有环控引气模块、环控引气静压探头、环控引气温度探头、引气流量调节模块；所述环控引气模块包括并联设置的环控引气装置和环控开关阀；

所述双向输送管路另一端分别与第一气源输出管路出口、双向切换管路一端连接；

所述第一气源输出管路入口与模拟气源连接；

所述双向切换管路另一端分别与第二气源输出管路出口、排气管路入口连接；所述双向切换管路上设置有第一气动切断阀；

所述第二气源输出管路入口与低压气源连接；所述第二气源输出管路上设置有低压气源切断阀、低压气源调节阀、低压气源出口压力探头；

所述排气管路出口与排气塔连接；所述排气管路上设置有第二气动切断阀、排气温度探头。

进一步地，所述引气流量调节模块包括并联设置的引气流量粗调阀和引气流量精调阀。

进一步地，所述ATS引气输入管路为两个；两个ATS引气输入管路的入口均与流量监测管路出口连接，其出口分别与两个ATS引气入口连接。

一种航空发动机引气试验方法，采用上述航空发动机引气试验设备，其特殊之处在于：包括ATS起动试验和环控引气系统负载试验；

所述ATS起动试验包括以下步骤：

1)通过以下任一方式向ATS供气；

方式一：APU供气

关闭模拟气源、低压气源切断阀、第一气动切断阀、环控引气装置和环控开关阀，单向阀在管路气压作用下自动打开，APU引气依次经过单向阀和流量计后供给ATS；

方式二：模拟气源供气

关闭低压气源切断阀、第一气动切断阀、环控引气装置和环控开关阀，打开模拟气源，单向阀在管路气压作用下自动关闭，模拟气源输出的气体经过流量计后供给ATS；

方式三：低压气源供气

关闭模拟气源、第二气动切断阀、环控引气装置和环控开关阀，打开低压气源切断阀、第一气动切断阀，单向阀在管路气压作用下自动关闭，低压气源输出的气体依次经过低压气源切断阀、低压气源调节阀、第一气动切断阀和流量计后供给ATS；

2)利用气体所通过管路上的探头和流量计获取相应参数；

方式一中，利用APU引气出口静压探头、APU引气出口总压探头、APU引气出口温度探头同时测量APU引气出口气流参数；利用流量计测量气体流量；利用ATS入口温度探头、ATS入口静压探头测量ATS入口气流参数；

方式二中，利用流量计测量气体流量；利用ATS入口温度探头、ATS入口静压探头测量ATS入口气流参数；

方式三中，利用低压气源出口压力探头测量低压气源出口气流参数；通过流量计测量气体流量；通过ATS入口温度探头、ATS入口静压探头测量ATS入口气流参数；

所述环控引气系统负载试验包括以下步骤：

1)通过以下任一方式向ATS和环控引气管路同时供气；

方式一：APU供气

关闭模拟气源、低压气源切断阀、第一气动切断阀，打开环控引气装置或环控开关阀，单向阀在管路气压作用下自动打开，APU引气依次经过单向阀和流量计后，一部分供给ATS，另一部分依次经过环控引气模块和引气流量调节模块后排出至排气塔；

方式二：模拟气源供气

关闭低压气源切断阀、第一气动切断阀，打开模拟气源，打开环控引气装置或环控开关阀，单向阀在管路气压作用下自动关闭，模拟气源输出的气体经过流量计后，一部分供给ATS，另一部分依次经过环控引气模块和引气流量调节模块后排出至排气塔；

方式三：低压气源供气

关闭模拟气源、第二气动切断阀，打开低压气源切断阀、第一气动切断阀，打开环控引气装置或环控开关阀，单向阀在管路气压作用下自动关闭，低压气源输出的气体依次经过低压气源切断阀、低压气源调节阀、第一气动切断阀和流量计后，一部分供给ATS，另一部分依次经过环控引气模块和引气流量调节模块后排出至排气塔；

2)通过引气流量调节模块进行环控引气负载试验的负载调节；

3)利用气体所通过管路上的探头和流量计获取相应参数；

方式一中，利用APU引气出口静压探头、APU引气出口总压探头、APU引气出口温度探头同时测量APU引气出口气流参数；利用流量计测量气体流量；利用ATS入口温度探头、ATS入口静压探头测量ATS入口气流参数；利用环控引气静压探头、环控引气温度探头测量环控引气气流参数；

方式二中，利用流量计测量气体流量；利用ATS入口温度探头、ATS入口静压探头测量ATS入口气流参数；利用环控引气静压探头、环控引气温度探头测量环控引气气流参数；

方式三中，利用低压气源出口压力探头测量低压气源出口气流参数；通过流量计测量气体流量；通过ATS入口温度探头、ATS入口静压探头测量ATS入口气流参数；利用环控引气静压探头、环控引气温度探头测量环控引气气流参数。

进一步地，所述环控引气系统负载试验的步骤2)具体为：通过并联设置的引气流量粗调阀和引气流量精调阀进行环控引气负载试验的负载调节。

本发明相比现有技术的有益效果是：

(1)本发明提供的航空发动机引气试验设备，可同时满足ATS起动试验和环控引气系统负载试验需求；通过管路上的探头和流量计，可精确测量试验中引气流量、温度、压力等关键工艺参数；通过设置多种气源输出管路，可支持多种气源供气，在APU不工作时也能进行试验，便于系统试验中对故障的隔离和分析处理。

(2)该设备布局合理，便于进行被试产品的安装操作和设备的检修、校验操作。该设备气体管路整体流阻小，试验误差小。采用气动阀门更适合设备远程控制。

(3)该设备采用现有航空发动机用环控引气装置，并模拟现有环控引气管路，从而精确模拟航空发动机的环控系统负载环境，实现环控引气系统负载试验。

附图说明

图1是本发明航空发动机引气试验设备的结构示意图。

图中，1-APU引气输出管路，2-流量监测管路，3-ATS引气输入管路，4-环控引气管路，5-双向输送管路，6-双向切换管路，7-排气管路，8-排气塔，9-第一气源输出管路，10-第二气源输出管路，11-单向阀，12-APU引气出口静压探头，13-APU引气出口总压探头，14-APU引气出口温度探头，15-流量计，16-ATS入口温度探头，17-ATS入口静压探头，18-环控引气装置，19-环控开关阀，20-环控引气静压探头，21-环控引气温度探头，22-引气流量粗调阀，23-引气流量精调阀，24-第一气动切断阀，25-第二气动切断阀，26-排气温度探头，27-低压气源切断阀，28-低压气源调节阀，29-低压气源出口压力探头，30-模拟气源，31-低压气源。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的航空发动机引气试验设备及试验方法作进一步详细说明。

本实施例提供的航空发动机引气试验设备如图1所示，包括APU引气输出管路1、流量监测管路2、ATS引气输入管路3、环控引气管路4、双向输送管路5、双向切换管路6、排气管路7、排气塔8、第一气源输出管路9、第二气源输出管路10。

APU引气输出管路1入口与APU引气出口连接，其出口分别与流量监测管路2入口、双向输送管路5一端连接。APU引气输出管路1上设置有单向阀11，以及单向阀11之后的APU引气出口静压探头12、APU引气出口总压探头13、APU引气出口温度探头14。

流量监测管路2出口分别与ATS引气输入管路3入口、环控引气管路4入口连接。流量监测管路2上设置有流量计15。

ATS引气输入管路3出口与ATS引气入口连接。ATS引气输入管路3上设置有ATS入口温度探头16、ATS入口静压探头17。本实施例中，ATS为两个，因此ATS引气输入管路3也为两个，两个ATS引气输入管路3的入口均与流量监测管路2出口连接，其出口分别与两个ATS引气入口连接。

环控引气管路4出口与排气塔8连接。环控引气管路4上依次设置有环控引气模块、引气流量调节模块，以及设置在环控引气模块、引气流量调节模块之间的环控引气静压探头20、环控引气温度探头21。环控引气模块包括并联设置的环控引气装置18和环控开关阀19，引气流量调节模块包括并联设置的引气流量粗调阀22和引气流量精调阀23。

其中，环控引气装置18采用航空发动机用现有产品，以便精确模拟航空发动机的环控系统负载环境。打开环控引气装置18并关闭环控开关阀19，使气体通过环控引气装置18，或者打开环控开关阀19并关闭环控引气装置18，使气体通过环控开关阀19，同时调节引气流量粗调阀22和引气流量精调阀23进行环控引气负载调节，即可实现环控引气系统负载试验。

环控开关阀19是环控引气装置18产品的模拟设备，用于模拟环控引气装置18的开关功能，没有环控引气装置18也可完成环控引气负载试验。为使环控引气装置18产品有一个更真实的试验环境，此处并联一路接入环控引气装置18，可用于环控引气装置18的性能检测。在进行环控引气系统负载试验时，不论打开环控引气装置18还是环控开关阀19进行试验，环控负载都是由两个并联的引气流量粗调阀22和引气流量精调阀23调节产生的。

双向输送管路5另一端分别与第一气源输出管路9出口、双向切换管路6一端连接。

第一气源输出管路9入口与模拟气源30连接，此处模拟气源30具体为地面气源车。

双向切换管路6另一端分别与第二气源输出管路10出口、排气管路7入口连接。双向切换管路6上设置有第一气动切断阀24。

第二气源输出管路10入口与低压气源31连接，此处低压气源31具体为厂区低压气源。第二气源输出管路10上依次设置有低压气源切断阀27、低压气源调节阀28、低压气源出口压力探头29。

排气管路7出口与排气塔8连接。排气管路7上依次设置有第二气动切断阀25、排气温度探头26。排气管路7可用于APU引气、模拟气源30输出气体、低压气源31输出气体的直接排放测试，通过控制第一气动切断阀24和第二气动切断阀25的开关来控制排放，排放气流温度通过排气温度探头26测量。

采用上述航空发动机引气试验设备进行试验的方法，具体包括ATS起动试验和环控引气系统负载试验。

ATS起动试验包括以下步骤：

1)通过以下任一方式向ATS供气；

方式一：APU供气

关闭模拟气源30、低压气源切断阀27、第一气动切断阀24、环控引气装置18和环控开关阀19，单向阀11在管路气压作用下自动打开，APU引气依次经过单向阀11和流量计15后供给ATS；

方式二：模拟气源30供气

关闭低压气源切断阀27、第一气动切断阀24、环控引气装置18和环控开关阀19，打开模拟气源30，单向阀11在管路气压作用下自动关闭，模拟气源30输出的气体经过流量计15后供给ATS；

方式三：低压气源31供气

关闭模拟气源30、第二气动切断阀25、环控引气装置18和环控开关阀19，打开低压气源切断阀27和第一气动切断阀24，单向阀11在管路气压作用下自动关闭，低压气源31输出的气体依次经过低压气源切断阀27、低压气源调节阀28、第一气动切断阀24和流量计15后供给ATS；通过控制低压气源调节阀28的开度，可实现厂区低压气源供气流量的调节，以模拟APU引气流量变化；

2)利用气体所通过管路上的探头和流量计15获取相应参数；

方式一中，利用APU引气出口静压探头12、APU引气出口总压探头13、APU引气出口温度探头14同时测量APU引气出口气流参数；利用流量计15测量气体流量；利用ATS入口温度探头16、ATS入口静压探头17测量ATS入口气流参数；

方式二中，利用流量计15测量气体流量；利用ATS入口温度探头16、ATS入口静压探头17测量ATS入口气流参数；

方式三中，利用低压气源出口压力探头29测量低压气源31出口气流参数；通过流量计15测量气体流量；通过ATS入口温度探头16、ATS入口静压探头17测量ATS入口气流参数；

环控引气系统负载试验包括以下步骤：

1)通过以下任一方式向ATS和环控引气管路4同时供气；

方式一：APU供气

关闭模拟气源30、低压气源切断阀27、第一气动切断阀24，打开环控引气装置18或环控开关阀19，单向阀11在管路气压作用下自动打开，APU引气依次经过单向阀11和流量计15后，一部分供给ATS，另一部分依次经过环控引气模块和引气流量调节模块后排出至排气塔8；

方式二：模拟气源30供气

关闭低压气源切断阀27、第一气动切断阀24，打开模拟气源30，打开环控引气装置18或环控开关阀19，单向阀11在管路气压作用下自动关闭，模拟气源30输出的气体经过流量计15后，一部分供给ATS，另一部分依次经过环控引气模块和引气流量调节模块后排出至排气塔8；

方式三：低压气源31供气

关闭模拟气源30、第二气动切断阀25，打开低压气源切断阀27、第一气动切断阀24，打开环控引气装置18或环控开关阀19，单向阀11在管路气压作用下自动关闭，低压气源31输出的气体依次经过低压气源切断阀27、低压气源调节阀28、第一气动切断阀24和流量计15后，一部分供给ATS，另一部分依次经过环控引气模块和引气流量调节模块后排出至排气塔8；通过控制低压气源调节阀28的开度，可实现厂区低压气源供气流量的调节，以模拟APU引气流量变化；

2)通过引气流量调节模块进行环控引气负载试验的负载调节；

具体采用引气流量粗调阀22和引气流量精调阀23进行负载调节；

3)利用气体所通过管路上的探头和流量计15获取相应参数；

方式一中，利用APU引气出口静压探头12、APU引气出口总压探头13、APU引气出口温度探头14同时测量APU引气出口气流参数；利用流量计15测量气体流量；利用ATS入口温度探头16、ATS入口静压探头17测量ATS入口气流参数；利用环控引气静压探头20、环控引气温度探头21测量环控引气气流参数；

方式二中，利用流量计15测量气体流量；利用ATS入口温度探头16、ATS入口静压探头17测量ATS入口气流参数；利用环控引气静压探头20、环控引气温度探头21测量环控引气气流参数；

方式三中，利用低压气源出口压力探头29测量低压气源31出口气流参数；通过流量计15测量气体流量；通过ATS入口温度探头16、ATS入口静压探头17测量ATS入口气流参数；利用环控引气静压探头20、环控引气温度探头21测量环控引气气流参数。

Claims (5)

1.一种航空发动机引气试验设备，其特征在于：

包括APU引气输出管路(1)、流量监测管路(2)、ATS引气输入管路(3)、环控引气管路(4)、双向输送管路(5)、双向切换管路(6)、排气管路(7)、排气塔(8)、第一气源输出管路(9)、第二气源输出管路(10)；

所述APU引气输出管路(1)入口与APU引气出口连接，其出口分别与流量监测管路(2)入口、双向输送管路(5)一端连接；所述APU引气输出管路(1)上设置有单向阀(11)、APU引气出口静压探头(12)、APU引气出口总压探头(13)、APU引气出口温度探头(14)；

所述流量监测管路(2)出口分别与ATS引气输入管路(3)入口、环控引气管路(4)入口连接；所述流量监测管路(2)上设置有流量计(15)；

所述ATS引气输入管路(3)出口与ATS引气入口连接；所述ATS引气输入管路(3)上设置有ATS入口温度探头(16)、ATS入口静压探头(17)；

所述环控引气管路(4)出口与排气塔(8)连接；所述环控引气管路(4)上设置有环控引气模块、环控引气静压探头(20)、环控引气温度探头(21)、引气流量调节模块；所述环控引气模块包括并联设置的环控引气装置(18)和环控开关阀(19)；

所述双向输送管路(5)另一端分别与第一气源输出管路(9)出口、双向切换管路(6)一端连接；

所述第一气源输出管路(9)入口与模拟气源(30)连接；

所述双向切换管路(6)另一端分别与第二气源输出管路(10)出口、排气管路(7)入口连接；所述双向切换管路(6)上设置有第一气动切断阀(24)；

所述第二气源输出管路(10)入口与低压气源(31)连接；所述第二气源输出管路(10)上设置有低压气源切断阀(27)、低压气源调节阀(28)、低压气源出口压力探头(29)；

所述排气管路(7)出口与排气塔(8)连接；所述排气管路(7)上设置有第二气动切断阀(25)、排气温度探头(26)。

2.根据权利要求1所述的航空发动机引气试验设备，其特征在于：

所述引气流量调节模块包括并联设置的引气流量粗调阀(22)和引气流量精调阀(23)。

3.根据权利要求1或2所述的航空发动机引气试验设备，其特征在于：

所述ATS引气输入管路(3)为两个；两个ATS引气输入管路(3)的入口均与流量监测管路(2)出口连接，其出口分别与两个ATS引气入口连接。

4.一种航空发动机引气试验方法，采用权利要求1所述的航空发动机引气试验设备，其特征在于：包括ATS起动试验和环控引气系统负载试验；

所述ATS起动试验包括以下步骤：

1)通过以下任一方式向ATS供气；

方式一：APU供气

关闭模拟气源(30)、低压气源切断阀(27)、第一气动切断阀(24)、环控引气装置(18)和环控开关阀(19)，单向阀(11)在管路气压作用下自动打开，APU引气依次经过单向阀(11)和流量计(15)后供给ATS；

方式二：模拟气源(30)供气

关闭低压气源切断阀(27)、第一气动切断阀(24)、环控引气装置(18)和环控开关阀(19)，打开模拟气源(30)，单向阀(11)在管路气压作用下自动关闭，模拟气源(30)输出的气体经过流量计(15)后供给ATS；

方式三：低压气源(31)供气

关闭模拟气源(30)、第二气动切断阀(25)、环控引气装置(18)和环控开关阀(19)，打开低压气源切断阀(27)、第一气动切断阀(24)，单向阀(11)在管路气压作用下自动关闭，低压气源(31)输出的气体依次经过低压气源切断阀(27)、低压气源调节阀(28)、第一气动切断阀(24)和流量计(15)后供给ATS；

2)利用气体所通过管路上的探头和流量计(15)获取相应参数；

方式一中，利用APU引气出口静压探头(12)、APU引气出口总压探头(13)、APU引气出口温度探头(14)同时测量APU引气出口气流参数；利用流量计(15)测量气体流量；利用ATS入口温度探头(16)、ATS入口静压探头(17)测量ATS入口气流参数；

方式二中，利用流量计(15)测量气体流量；利用ATS入口温度探头(16)、ATS入口静压探头(17)测量ATS入口气流参数；

方式三中，利用低压气源出口压力探头(29)测量低压气源(31)出口气流参数；通过流量计(15)测量气体流量；通过ATS入口温度探头(16)、ATS入口静压探头(17)测量ATS入口气流参数；

所述环控引气系统负载试验包括以下步骤：

1)通过以下任一方式向ATS和环控引气管路(4)同时供气；

方式一：APU供气

关闭模拟气源(30)、低压气源切断阀(27)、第一气动切断阀(24)，打开环控引气装置(18)或环控开关阀(19)，单向阀(11)在管路气压作用下自动打开，APU引气依次经过单向阀(11)和流量计(15)后，一部分供给ATS，另一部分依次经过环控引气模块和引气流量调节模块后排出至排气塔(8)；

方式二：模拟气源(30)供气

关闭低压气源切断阀(27)、第一气动切断阀(24)，打开模拟气源(30)，打开环控引气装置(18)或环控开关阀(19)，单向阀(11)在管路气压作用下自动关闭，模拟气源(30)输出的气体经过流量计(15)后，一部分供给ATS，另一部分依次经过环控引气模块和引气流量调节模块后排出至排气塔(8)；

方式三：低压气源(31)供气

关闭模拟气源(30)、第二气动切断阀(25)，打开低压气源切断阀(27)、第一气动切断阀(24)，打开环控引气装置(18)或环控开关阀(19)，单向阀(11)在管路气压作用下自动关闭，低压气源(31)输出的气体依次经过低压气源切断阀(27)、低压气源调节阀(28)、第一气动切断阀(24)和流量计(15)后，一部分供给ATS，另一部分依次经过环控引气模块和引气流量调节模块后排出至排气塔(8)；

2)通过引气流量调节模块进行环控引气负载试验的负载调节；

3)利用气体所通过管路上的探头和流量计(15)获取相应参数；

方式一中，利用APU引气出口静压探头(12)、APU引气出口总压探头(13)、APU引气出口温度探头(14)同时测量APU引气出口气流参数；利用流量计(15)测量气体流量；利用ATS入口温度探头(16)、ATS入口静压探头(17)测量ATS入口气流参数；利用环控引气静压探头(20)、环控引气温度探头(21)测量环控引气气流参数；

方式二中，利用流量计(15)测量气体流量；利用ATS入口温度探头(16)、ATS入口静压探头(17)测量ATS入口气流参数；利用环控引气静压探头(20)、环控引气温度探头(21)测量环控引气气流参数；

方式三中，利用低压气源出口压力探头(29)测量低压气源(31)出口气流参数；通过流量计(15)测量气体流量；通过ATS入口温度探头(16)、ATS入口静压探头(17)测量ATS入口气流参数；利用环控引气静压探头(20)、环控引气温度探头(21)测量环控引气气流参数。

5.根据权利要求4所述的航空发动机引气试验方法，其特征在于：

所述环控引气系统负载试验的步骤2)具体为：通过并联设置的引气流量粗调阀(22)和引气流量精调阀(23)进行环控引气负载试验的负载调节。

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