CN113252280B - 一种进排气同时模拟的短舱试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种进排气同时模拟的短舱试验装置。该短舱试验装置包括顺序连接的短舱、支杆和长传动轴空气马达；支杆位于短舱内腔的中心轴线上，支杆的杆体前端依次套装有静子和环式天平；环式天平的前锥安装有支撑并固定短舱的十字支架；支杆的杆体后端伸出短舱固定连接长传动轴空气马达的壳体；长传动轴空气马达的长传动轴从后至前依次穿过支杆的杆体和短舱，与位于短舱内腔前部的风扇的转轴固定连接，长传动轴空气马达的高压空气涡轮驱动长传动轴带动风扇转动。该舱试验装置还包括短舱外涵道出口面积调节装置。该舱试验装置用于短舱初步设计和详细设计阶段的气动性能评估，解决现有进气道试验设备进气量不足、模型尺度偏小的问题。

Description

一种进排气同时模拟的短舱试验装置
技术领域
本发明属于涡扇发动机技术领域，具体涉及一种进排气同时模拟的短舱试验装置。
背景技术
为了达到卓越的经济性，大型飞机采用大涵道比涡轮风扇发动机以显著降低发动机燃油消耗率。短舱作为航空涡扇发动机的关键部件，一方面需要满足发动机与进气道流量匹配，保证进气道出口截面的内流品质，以避免发动机推力损失和发动机稳定工作范围减小；另一方面，需要保证外流合理的压力分布，避免大攻角工况下的气流分离。
然而，随着发动机涵道比不断增大，发动机风扇尺寸和短舱体积也在不断增大，短舱性能对全机气动特性影响比重日益增加，短舱优化设计的重要性逐渐凸显。为了准确评估短舱气动性能，验证短舱减阻修形及数值仿真优化方法的成效，一般需要在风洞中进行带动力模拟的单独短舱试验，获取发动机不同工况下的短舱外部气动力。
当前，亟需发展一种进排气同时模拟的短舱试验装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种进排气同时模拟的短舱试验装置。
本发明的进排气同时模拟的短舱试验装置，其特点是，所述的短舱试验装置包括顺序连接的短舱、支杆和长传动轴空气马达；
所述的短舱包括通过台阶端面配装的短舱前部和短舱后部，短舱前部和短舱后部通过贯穿台阶端面的销钉径向定位，还包括位于短舱后部内壁的十字支架环形槽；
所述的支杆位于短舱内腔的中心轴线上，支杆包括杆体和覆盖在杆体后部用于保护线缆的保护罩；支杆的杆体前端从前至后依次套装有静子和环式天平；静子和环式天平之间设置有隔离间隙；环式天平通过键定位螺纹拉紧的方式固定在支杆的杆体上，环式天平的后端面与支杆的杆体的中间端面法兰通过螺钉拉紧，环式天平的前锥安装有支撑并固定短舱的十字支架；支杆的杆体后端伸出短舱通过后端面法兰固定连接长传动轴空气马达的壳体；
所述的长传动轴空气马达包括位于长传动轴空气马达中心轴线上长传动轴、驱动长传动轴的高压空气涡轮和保护并支撑高压空气涡轮的壳体；长传动轴从后至前依次穿过支杆的杆体和短舱，长传动轴的前端与位于短舱内腔前部的风扇的转轴固定连接，长传动轴上套装有若干组串列排列的滚珠轴承，限制长传动轴在长传动轴空气马达的中心轴线上驱动风扇转动；
所述的十字支架具有同轴的内环和外环，内环和外环之间通过十字型分布的支架固定连接，内环的内腔是与环式天平前端锥套配装的锥面，外环装卡固定在十字支架环形槽内；十字型支架的左、右、下三根支柱分别为左支架、右支架、下支架，上支架为外形与其余3个支架相同的模拟上支架，上支架的背风面通过螺钉固定安装有用于测量支架气动特性的部件天平，部件天平的下端固定连接在内环上，部件天平的上端与外环之间设置有隔离间隙；
短舱、风扇、静子、环式天平、十字支架、支杆和长传动轴空气马达同轴；
所述的短舱试验装置还包括短舱外涵道出口面积调节装置，短舱外涵道出口面积调节装置的主体为旋成体，旋成体套装在环式天平上，旋成体的内腔与环式天平之间设置有隔离间隙，旋成体的前端安装有测量短舱外涵道气流的测量耙，旋成体的后端固定在环式天平的后端面上；短舱外涵道出口面积调节装置通过改变旋成体的母线调节短舱外涵道出口面积。
进一步地，所述的短舱的内壁上，与风扇和静子对应的位置处开有环形槽，环形槽内喷涂封严涂层。
进一步地，所述的测量耙包括交错排列的测压耙和测温耙，测压耙上布置有总压测点，测温耙安装有热电偶。
进一步地，所述的十字支架的左支架、右支架、下支架和上支架的迎风面为外形对称的翼型面。
进一步地，所述的支杆的中间端面法兰上，沿周向开有一组均布的U型走线槽；支杆的后端面法兰上沿周向开有与中间端面法兰的U型走线槽一一对应的另一组均布的U型走线槽；部件天平、环式天平和测温耙的线缆，以及测压耙的测压软管从杆体前段穿出，再穿过U型走线槽放置在杆体后段的表面，在杆体后段覆盖保护罩获得保护。
进一步地，所述的静子设置有与风扇的叶片旋转方向相同的导流叶片。
进一步地，所述的短舱外涵道出口面积调节装置设置有若干个母线不同即出口面积不同的旋成体，通过更换旋成体调节短舱外涵道出口面积。
进一步地，所述的短舱试验装置设置有润滑系统，润滑系统对滚珠轴承进行润滑和降温；润滑系统采用闭环自循环形式，无废油排入风洞试验段；在供油泵的作用下，润滑系统的润滑油从滑油箱流出，进入滑油散热器冷却，再经观察窗、细油滤和供油截止阀后，符合压力和温度要求的润滑油进入长传动轴空气马达润滑轴承，然后在重力的作用下，润滑油流动到支杆的杆体形成的轴承腔的底部，继续润滑滚珠轴承，随后前、后两个回油泵分别抽吸，最后润滑油经过回油截止阀、粗油滤芯后经过磁性屑沫信号器回到滑油箱。
进一步地，所述的短舱试验装置设置有健康监测系统，健康监测系统实时采集并向风洞控制系统传输风扇的转速、加速度信号和长传动轴的温度信号，通过PID反馈控制，保证长传动轴空气马达安全运行。
本发明的进排气同时模拟的短舱试验装置通过风洞流场模拟自由来流；通过长传动轴空气马达驱动风扇转动模拟短舱外涵道流动；通过在风扇后布置压力、温度测量装置，开展短舱进气道性能以及进气道/风扇/外涵道耦合作用研究，通过高精度环式天平测量短舱阻力，评估短舱减阻的优化效果。
本发明的进排气同时模拟的短舱试验装置能够用于短舱初步设计和详细设计阶段的气动性能评估，解决现有进气道试验设备进气量不足、模型尺度偏小的问题。
附图说明
图1为本发明的进排气同时模拟的短舱试验装置的结构示意图；
图2为本发明的进排气同时模拟的短舱试验装置中的十字支架示意图；
图3 为本发明的进排气同时模拟的短舱试验装置中的部件天平与模拟上支架示意图；
图4为本发明的进排气同时模拟的短舱试验装置中的短舱外涵道出口面积调节装置示意图；
图5为本发明的进排气同时模拟的短舱试验装置中的静子示意图。
图中，1.短舱 2.部件天平 3.测量耙 4.环式天平 5.风扇 6.十字支架 7.长传动轴空气马达 8.支杆 9.滚珠轴承 10.静子 11.中部支架 12.短舱外涵道出口面积调节装置；
101.短舱前部 102.短舱后部 103.十字支架环形槽；
201.左支架 202.右支架 203.下支架 204.内环 205.外环；
301.测压耙 302.测温耙；
701.长传动轴 702.高压空气涡轮 703.壳体。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
实施例1
本实施例的进排气同时模拟的短舱试验装置的长传动轴空气马达7的壳体703通过法兰与风洞的中部支架11固定连接。
如图1所示，本实施例的进排气同时模拟的短舱试验装置包括顺序连接的短舱1、支杆8和长传动轴空气马达7；
所述的短舱1包括通过台阶端面配装的短舱前部101和短舱后部102，短舱前部101和短舱后部102通过贯穿台阶端面的销钉径向定位，还包括位于短舱后部102内壁的十字支架环形槽103；
所述的支杆8位于短舱1内腔的中心轴线上，支杆8包括杆体和覆盖在杆体后部用于保护线缆的保护罩；支杆8的杆体前端从前至后依次套装有静子10和环式天平4；静子10和环式天平4之间设置有隔离间隙；环式天平4通过键定位螺纹拉紧的方式固定在支杆8的杆体上，环式天平4的后端面与支杆8的杆体的中间端面法兰通过螺钉拉紧，环式天平4的前锥安装有支撑并固定短舱1的十字支架6；支杆8的杆体后端伸出短舱1通过后端面法兰固定连接长传动轴空气马达7的壳体703；
所述的长传动轴空气马达7包括位于长传动轴空气马达7中心轴线上长传动轴701、驱动长传动轴701的高压空气涡轮702和保护并支撑高压空气涡轮702的壳体703；长传动轴701从后至前依次穿过支杆8的杆体和短舱1，长传动轴701的前端与位于短舱1内腔前部的风扇5的转轴固定连接，长传动轴701上套装有若干组串列排列的滚珠轴承9，限制长传动轴701在长传动轴空气马达7的中心轴线上驱动风扇5转动；
如图2所示，所述的十字支架6具有同轴的内环204和外环205，内环204和外环205之间通过十字型分布的支架固定连接，内环204的内腔是与环式天平4前端锥套配装的锥面，外环205装卡固定在十字支架环形槽103内；十字型支架的左、右、下三根支柱分别为左支架201、右支架202、下支架203，如图3所示，上支架为外形与其余3个支架相同的模拟上支架，上支架的背风面通过螺钉固定安装有用于测量支架气动特性的部件天平2，部件天平2的下端固定连接在内环204上，部件天平2的上端与外环205之间设置有隔离间隙；
短舱1、风扇5、静子10、环式天平4、十字支架6、支杆8和长传动轴空气马达7同轴；
如图4所示，所述的短舱试验装置还包括短舱外涵道出口面积调节装置12，短舱外涵道出口面积调节装置12的主体为旋成体，旋成体套装在环式天平4上，旋成体的内腔与环式天平4之间设置有隔离间隙，旋成体的前端安装有测量短舱外涵道气流的测量耙3，旋成体的后端固定在环式天平4的后端面上；短舱外涵道出口面积调节装置12通过改变旋成体的母线调节短舱外涵道出口面积。
进一步地，所述的短舱1的内壁上，与风扇5和静子10对应的位置处开有环形槽，环形槽内喷涂封严涂层。
进一步地，所述的测量耙3包括交错排列的测压耙301和测温耙302，测压耙301上布置有总压测点，测温耙302安装有热电偶。
进一步地，所述的十字支架6的左支架201、右支架202、下支架203和上支架的迎风面为外形对称的翼型面。
进一步地，所述的支杆8的中间端面法兰上，沿周向开有一组均布的U型走线槽；支杆8的后端面法兰上沿周向开有与中间端面法兰的U型走线槽一一对应的另一组均布的U型走线槽；部件天平2、环式天平4和测温耙302的线缆，以及测压耙301的测压软管从杆体前段穿出，再穿过U型走线槽放置在杆体后段的表面，在杆体后段覆盖保护罩获得保护。
进一步地，如图5所示，所述的静子10设置有与风扇5的叶片旋转方向相同的导流叶片。
进一步地，所述的短舱外涵道出口面积调节装置12设置有若干个母线不同即出口面积不同的旋成体，通过更换旋成体调节短舱外涵道出口面积。
进一步地，所述的短舱试验装置设置有润滑系统，润滑系统对滚珠轴承9进行润滑和降温；润滑系统采用闭环自循环形式，无废油排入风洞试验段；在供油泵的作用下，润滑系统的润滑油从滑油箱流出，进入滑油散热器冷却，再经观察窗、细油滤和供油截止阀后，符合压力和温度要求的润滑油进入长传动轴空气马达7润滑轴承，然后在重力的作用下，润滑油流动到支杆8的杆体形成的轴承腔的底部，继续润滑滚珠轴承9，随后前、后两个回油泵分别抽吸，最后润滑油经过回油截止阀、粗油滤芯后经过磁性屑沫信号器回到滑油箱。
进一步地，所述的短舱试验装置设置有健康监测系统，健康监测系统实时采集并向风洞控制系统传输风扇5的转速、加速度信号和长传动轴701的温度信号，通过PID反馈控制，保证长传动轴空气马达7安全运行。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种进排气同时模拟的短舱试验装置，其特征在于，所述的短舱试验装置包括顺序连接的短舱（1）、支杆（8）和长传动轴空气马达（7）；
所述的短舱（1）包括通过台阶端面配装的短舱前部（101）和短舱后部（102），短舱前部（101）和短舱后部（102）通过贯穿台阶端面的销钉径向定位，还包括位于短舱后部（102）内壁的十字支架环形槽（103）；
所述的支杆（8）位于短舱（1）内腔的中心轴线上，支杆（8）包括杆体和覆盖在杆体后部用于保护线缆的保护罩；支杆（8）的杆体前端从前至后依次套装有静子（10）和环式天平（4）；静子（10）和环式天平（4）之间设置有隔离间隙；环式天平（4）通过键定位螺纹拉紧的方式固定在支杆（8）的杆体上，环式天平（4）的后端面与支杆（8）的杆体的中间端面法兰通过螺钉拉紧，环式天平（4）的前锥安装有支撑并固定短舱（1）的十字支架（6）；支杆（8）的杆体后端伸出短舱（1）通过后端面法兰固定连接长传动轴空气马达（7）的壳体（703）；
所述的长传动轴空气马达（7）包括位于长传动轴空气马达（7）中心轴线上长传动轴（701）、驱动长传动轴（701）的高压空气涡轮（702）和保护并支撑高压空气涡轮（702）的壳体（703）；长传动轴（701）从后至前依次穿过支杆（8）的杆体和短舱（1），长传动轴（701）的前端与位于短舱（1）内腔前部的风扇（5）的转轴固定连接，长传动轴（701）上套装有若干组串列排列的滚珠轴承（9），限制长传动轴（701）在长传动轴空气马达（7）的中心轴线上驱动风扇（5）转动；
所述的十字支架（6）具有同轴的内环（204）和外环（205），内环（204）和外环（205）之间通过十字型分布的支架固定连接，内环（204）的内腔是与环式天平（4）前端锥套配装的锥面，外环（205）装卡固定在十字支架环形槽（103）内；十字支架（6）的左、右、下三根支柱分别为左支架（201）、右支架（202）、下支架（203），上支架为外形与左支架（201）、右支架（202）、下支架（203）相同的模拟上支架，上支架的背风面通过螺钉固定安装有用于测量上支架的气动特性的部件天平（2），部件天平（2）的下端固定连接在内环（204）上，部件天平（2）的上端与外环（205）之间设置有隔离间隙；
短舱（1）、风扇（5）、静子（10）、环式天平（4）、十字支架（6）、支杆（8）和长传动轴空气马达（7）同轴；
所述的短舱试验装置还包括短舱外涵道出口面积调节装置（12），短舱外涵道出口面积调节装置（12）的主体为旋成体，旋成体套装在环式天平（4）上，旋成体的内腔与环式天平（4）之间设置有隔离间隙，旋成体的前端安装有测量短舱外涵道气流的测量耙（3），旋成体的后端固定在环式天平（4）的后端面上；短舱外涵道出口面积调节装置（12）通过改变旋成体的母线调节短舱外涵道出口面积。
2.根据权利要求1所述的进排气同时模拟的短舱试验装置，其特征在于，所述的短舱（1）的内壁上，与风扇（5）和静子（10）对应的位置处开有环形槽，环形槽内喷涂封严涂层。
3.根据权利要求1所述的进排气同时模拟的短舱试验装置，其特征在于，所述的测量耙（3）包括交错排列的测压耙（301）和测温耙（302），测压耙（301）上布置有总压测点，测温耙（302）安装有热电偶。
4.根据权利要求1所述的进排气同时模拟的短舱试验装置，其特征在于，所述的十字支架（6）的左支架（201）、右支架（202）、下支架（203）和上支架的迎风面为外形对称的翼型面。
5.根据权利要求1所述的进排气同时模拟的短舱试验装置，其特征在于，所述的支杆（8）的中间端面法兰上，沿周向开有一组均布的U型走线槽；支杆（8）的后端面法兰上沿周向开有与中间端面法兰的U型走线槽一一对应的另一组均布的U型走线槽；部件天平（2）、环式天平（4）和测温耙（302）的线缆，以及测压耙（301）的测压软管从杆体前段穿出，再穿过U型走线槽放置在杆体后段的表面，在杆体后段覆盖保护罩获得保护。
6.根据权利要求1所述的进排气同时模拟的短舱试验装置，其特征在于，所述的静子（10）设置有与风扇（5）的叶片旋转方向相同的导流叶片。
7.根据权利要求1所述的进排气同时模拟的短舱试验装置，其特征在于，所述的短舱外涵道出口面积调节装置（12）设置有若干个母线不同即出口面积不同的旋成体，通过更换旋成体调节短舱外涵道出口面积。
8.根据权利要求1所述的进排气同时模拟的短舱试验装置，其特征在于，所述的短舱试验装置设置有润滑系统，润滑系统对滚珠轴承（9）进行润滑和降温；润滑系统采用闭环自循环形式，无废油排入风洞试验段；在供油泵的作用下，润滑系统的润滑油从滑油箱流出，进入滑油散热器冷却，再经观察窗、细油滤芯和供油截止阀后，符合压力和温度要求的润滑油进入长传动轴空气马达（7）润滑轴承，然后在重力的作用下，润滑油流动到支杆（8）的杆体形成的轴承腔的底部，继续润滑滚珠轴承（9），随后前、后两个回油泵分别抽吸，最后润滑油经过回油截止阀、粗油滤芯后经过磁性屑沫信号器回到滑油箱。
9.根据权利要求1所述的进排气同时模拟的短舱试验装置，其特征在于，所述的短舱试验装置设置有健康监测系统，健康监测系统实时采集并向风洞控制系统传输风扇（5）的转速、加速度信号和长传动轴（701）的温度信号，通过PID反馈控制，保证长传动轴空气马达（7）安全运行。
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