CN113959726B - 一种喷气发动机地面试验平台的动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航空飞行器设计技术领域，涉及一种喷气发动机地面试验平台的动力系统。其具有进气道，进气道的进气端韦首端，出气口为尾端；与进气道连接的涡轮发动机；连接涡轮发动机尾部的发动机尾喷管；涡轮发动机外套设试验喷管连接段，试验试验喷管连接段的首端与进气道尾端及涡轮发动机的首端连接；喷管连接段与涡轮发动机之间具有周向均匀间隙，所述间隙在试验喷管连接段的首端呈管状沿径向往外延伸形成高压气通道，高压气通道沿周向阵列分布，实现增大试验喷管的可用落压比，降低喷气温度，较为真实模拟试验喷管与发动机联合地面工作特性，可以大幅提升小型发动机地面试验平台的能力。

Description

一种喷气发动机地面试验平台的动力系统
技术领域
本发明属于航空飞行器设计技术领域，涉及一种喷气发动机与喷管联合地面台架试验技术。
背景技术
目前，国内外小型发动机地面试验平台所配置的动力系统为喷气发动机，为了提高小型发动机试验台的推力，其发动机基本特性一般均具有高转速、低流量、压比低、高排气温度技术特点。利用该试验平台开展特种喷管与发动机地面匹配特性研究均会出现真实喷管缩比后几何尺寸与流量、喷气温度严重不匹配的情况。例如几何缩比10，喷管出口直径与试验发动机相同，但真实发动机流量与试验发动机最大压比在1.9～2.5、排气温度500OK～600OK的情况，其最大M数大于等于1，绝对速度400m/s,而试验发动机所能达到的最大压比在1.5～1.6、排气温度973OK～1073OK左右，导致出口最大M数仅为0.7左右，绝对速度234m/s,利用其开展异型喷管试验所获得的喷管特性与真实情况相差很远，其喷管特性下的高落压比特性数据严重缺失，导致目前利用小型发动机地面试验平台开展喷管特性对发动机影响研究无法开展，而在真实发动机试验台上开展喷管性能及推力特性影响研究又面临着试验件复杂、研究经费高、周期长特点，无法在方案初步阶段开展此类研究，因此扩展小型发动机地面试验平台的喷管试验能力具有重要的意义，也是亟待解决的关键技术。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种喷气发动机地面试验平台的动力系统，利用现有小型发动机地面试验平台，引入高压、较低温度气流，与涡喷发动机低压、高温气流混合，作为试验喷管的入口气流，可较为真实模拟试验喷管与发动机联合地面工作特性，可较为真实模拟试验喷管与发动机联合地面工作特性，大幅提升小型发动机地面试验平台的能力。解决现有小型发动机平台由于发动机的进气流量小、落压比较低及排气温度很高，与真实发动机特性参数相差较大，严重不匹配问题，动力系统改造简单、风险低、成本低。
本发明的技术方案是：喷气发动机地面试验平台的动力系统，包括：
进气道，进气道的进气端韦首端，出气口为尾端；
与进气道连接的涡轮发动机；
连接涡轮发动机尾部的发动机尾喷管；
涡轮发动机外套设试验喷管连接段，试验试验喷管连接段的首端与进气道尾端及涡轮发动机的首端连接；喷管连接段与涡轮发动机之间具有周向均匀间隙，所述间隙在试验喷管连接段的首端呈管状沿径向往外延伸形成高压气通道，高压气通道沿周向阵列分布；
优选的是，喷管连接段与涡轮发动机之间的所述间隙安装有高压气测量耙。
优选的是，高压气测量耙由4或6个测量臂组成，所述测量臂沿周向阵列分布。
优选的是，试验喷管连接段尾端安装试验尾喷管，试验尾喷管整体呈缩小状。
优选的是，试验尾喷管包括二元直喷管、S弯喷管或矢量喷管。
优选的是，高压气通道的数量为4～6个。
优选的是，高压气通道连接高压气管，高压气管连接高压气源。
优选的是，高压气通道与高压气管之间安装有流量调节阀，高压气通道与所述间隙连接处安装有导流片。
优选的是，如权利要求1所述的一种喷气发动机地面试验平台的动力系统，试验尾喷管的出口截面形状为对称形式，包括圆形、矩形。
优选的是，涡轮发动机外表面具有发动机外罩；
本申请的优点包括：由于目前小型涡喷发动机的落压比、流量较小、排气温度高，低于真实发动机喷管出口落压比，同时流量较小、排气温度高973OK～1073OK，喷管试验流量小、排气M数0.7及绝对速度234m/s较低，导致使其地面试验平台的发动机与喷管模拟能力不足，采用喷气发动机与高压气源组成联合动力系统，通过控制高压气源进入试验喷管高压气的总压和流量，可以控制并调节与涡喷发动机出口总压及喷气温度，实现增大试验喷管的可用落压比，降低喷气温度，较为真实模拟试验喷管与发动机联合地面工作特性，可以大幅提升小型发动机地面试验平台的能力。
附图说明
图1是本申请一优选实施方式喷气发动机地面试验平台的动力系统示意图；
其中，2-进气道，21—进气道进口，22—进气道管道，23—进气道出口；31—导流片，32—高压气通道，33—流量调节阀，34—高压气管，35—高压气源，36—高压气测量耙；4—涡喷发动机、42—涡喷发动机外罩，43—涡喷发动机尾喷管，44—涡喷发动机尾喷管出口截面；51—试验喷管出口截面，52—试验尾喷管，53—试验喷管连接段。
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方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
如图1所示的喷气发动机地面试验平台的动力系统，包括：
进气道2，进气道的进气端韦首端，出气口为尾端；
与进气道2连接的涡轮发动机4；
连接涡轮发动机4尾部的发动机尾喷管43；
涡轮发动机4外套设试验喷管连接段53，试验试验喷管连接段53的首端与进气道2尾端及涡轮发动机4的首端连接；喷管连接段53与涡轮发动机4之间具有周向均匀间隙，所述间隙在试验喷管连接段53的首端呈管状沿径向往外延伸形成高压气通道32，高压气通道32沿周向阵列分布；
喷管连接段53与涡轮发动机4之间的所述间隙安装有高压气测量耙36，高压气测量耙36由4或6个测量臂组成，所述测量臂沿周向阵列分布。
试验喷管连接段53尾端安装试验尾喷管52，试验尾喷管52整体呈缩小状，试验尾喷管52为矢量喷管，矢量喷管能够根据实际的使用环境以及需求调整喷口的方向。
高压气通道32的数量为6个，高压气通道32是为了将获取的高压气体引气流向喷口，高流速的气流能够将发动机排出的气体引射，引射能够提高发动机的功率。
高压气通道32连接高压气管34，高压气管34连接高压气源35。
高压气通道32与高压气管34之间安装有流量调节阀33，高压气通道32与所述间隙连接处安装有导流片31，从高压气通道32而来的气体带有高动能，这样的高动能气流和间隙中的气流由流速差，流速差能产生乱流，因此导流片31能够消除流速差。
试验尾喷管52的出口截面51形状圆形，安装后的后端面与涡喷发动机尾喷管出口截面平齐，发动机外罩、发动机尾喷管构成外涵通道结构。
涡轮发动机4外表面具有发动机外罩42；
本申请的优点包括：由于目前小型涡喷发动机的落压比、流量较小、排气温度高，低于真实发动机喷管出口落压比，同时流量较小、排气温度高973OK～1073OK，喷管试验流量小、排气M数0.7及绝对速度234m/s较低，导致使其地面试验平台的发动机与喷管模拟能力不足，采用喷气发动机与高压气源组成联合动力系统，通过控制高压气源进入试验喷管高压气的总压和流量，可以控制并调节与涡喷发动机出口总压及喷气温度，实现增大试验喷管的可用落压比，降低喷气温度，较为真实模拟试验喷管与发动机联合地面工作特性，可以大幅提升小型发动机地面试验平台的能力。
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 (10)

1.一种喷气发动机地面试验平台的动力系统，包括：
进气道(2)，进气道的进气端为首端，出气口为尾端；
与进气道(2)连接的涡轮发动机(4)；
连接涡轮发动机(4)尾部的发动机尾喷管(43)；
其特征在于：涡轮发动机(4)外套设试验喷管连接段(53)，试验试验喷管连接段(53)的首端与进气道(2)尾端及涡轮发动机(4)的首端连接；喷管连接段(53)与涡轮发动机(4)之间具有周向均匀间隙，所述间隙在试验喷管连接段(53)的首端呈管状沿径向往外延伸形成高压气通道(32)，高压气通道(32)沿周向阵列分布。
2.如权利要求1所述的喷气发动机地面试验平台的动力系统，其特征在于，喷管连接段(53)与涡轮发动机(4)之间的所述间隙安装有高压气测量耙(36)。
3.如权利要求2所述的喷气发动机地面试验平台的动力系统，其特征在于，高压气测量耙(36)由4或6个测量臂组成，所述测量臂沿周向阵列分布。
4.如权利要求1所述的喷气发动机地面试验平台的动力系统，其特征在于，试验喷管连接段(53)尾端安装试验尾喷管(52)，试验尾喷管(52)整体呈缩小状。
5.如权利要求4所述的喷气发动机地面试验平台的动力系统，其特征在于，试验尾喷管(52)包括二元直喷管、S弯喷管或矢量喷管。
6.如权利要求1所述的喷气发动机地面试验平台的动力系统，其特征在于，高压气通道(32)的数量为4～6个。
7.如权利要求1所述的喷气发动机地面试验平台的动力系统，其特征在于，高压气通道(32)连接高压气管(34)，高压气管(34)连接高压气源(35)。
8.如权利要求7所述的喷气发动机地面试验平台的动力系统，其特征在于，高压气通道(32)与高压气管(34)之间安装有流量调节阀(33)，高压气通道(32)与所述间隙连接处安装有导流片(31)。
9.如权利要求1所述的喷气发动机地面试验平台的动力系统，其特征在于，试验尾喷管(52)的出口截面(51)形状包括圆形、矩形或其他形状的非对称形式。
10.如权利要求1所述的喷气发动机地面试验平台的动力系统，其特征在于，涡轮发动机(4)外具有发动机外罩(42)。
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