CN114136649A - 一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构及方法，流量分配结构用于对外二股引气通道和内二股引气通道的流量进行分配，包括第一流量分配结构、第二流量分配结构、控制结构，第一流量分配结构用于控制外二股引气通道的流量，第一流量分配结构与外二股引气通道连通并设置在外二股引气通道的末端，第二流量分配结构与内二股引气通道连通并设置在内二股引气通道的末端。控制结构用于计算并调整外二股引气通道和内二股引气通道的引气流量。本发明设计的流量分配结构及方法，可模拟高压涡轮内外环引气，从而提高试验数据的准确性。

Description

一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构及方法
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机领域，涉及涡轮发动机燃烧室部件模拟试验技术，具体为一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构及方法。
背景技术
燃烧室作为燃气涡轮发动机核心部件之一，其部件性能是支撑发动机正常工作的主要因素，由于现有的理论、经验及计算方法还无法准确预测燃烧室的工作状态及性能，在当前和今后很长一段时间内，通过开展大量的试验研究和验证以获取燃烧室真实性能，仍是评定燃烧室性能的重要手段和主要方式。随着发动机性能的提升、试验设备的更新、测试等技术能力的不断进步，对部件试验精度方面提出了越来越高的要求。
传统燃烧室部件的扇形试验燃烧室出口模拟涡轮引气采用定量分配方式，但由于试验过程中不同状态下压力、温度差异导致流量系数发生变化，定量分配可能会导致实际试验过程中燃烧室流量分配发生变化，从而影响燃烧室部件性能试验的模拟精度，使试验获取的主燃烧室性能参数与实际性能产生偏差，误导发动机研制。
同时，在试验过程中需要进行燃烧室流量分配试验，根据试验结果确定是否通过封堵或扩充调整燃烧室部件的内外通道的引气量，其会大大增加燃烧室部件的试验成本及周期问题。
发明内容
本发明的目的在于解决燃气涡轮发动机燃烧室部件性能试验过程中模拟涡轮引气采用定量分配形式，影响试验模拟精度、影响试验数据的准确性、增加试验成本、试验周期的问题，设计了一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构及方法，本发明的流量分配结构及方法采用内外二股通道独立引气方式，实现在不同试验状态调节引气比例保证设计指标实现燃烧室在发动机工作状态下的工作环境真实性模拟，提升试验模拟精度，进而提高燃烧室部件试验数据的准确性，并能验证不同引气量变化对燃烧室性能的影响，为燃气涡轮发动机燃烧室工程包容性设计提供数据支撑。
实现发明目的的技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构，流量分配结构用于对外二股引气通道和内二股引气通道的流量进行分配，包括第一流量分配结构和第二流量分配结构，第一流量分配结构用于控制外二股引气通道的引气流量，第二流量分配结构用于控制内二股引气通道的引气流量。
其中，第一流量分配结构与外二股引气通道连通并设置在外二股引气通道的末端，包括第一通道和位于第一通道上的第一流量调节件。第二流量分配结构与内二股引气通道连通并设置在内二股引气通道的末端，包括第二通道和位于第二通道上的第二流量调节件。
其中，流量分配结构还包括控制结构，控制结构用于根据涡轮发动机不同工况对外二股引气通道和内二股引气通道的引气流量进行计算，输出流量调节指令并控制第一流量调节件和第二流量调节件调节引气流量大小。
进一步的，上述控制结构内设有主控模块、第一流量调节件驱动模块、第二流量调节件驱动模块。主控模块内设有计算模块，计算模块用于根据涡轮发动机不同工况计算外二股引气通道和内二股引气通道的引气流量，形成并向第一流量调节件驱动模块输出第一调节指令，向第二流量调节件驱动模块输出第二调节指令。
第一流量调节件驱动模块与第一流量调节件电连接，用于驱动第一流量调节件对外二股引气通道的引气流量进行调节。第二流量调节件驱动模块与二流量调节件电连接，用于驱动第二流量调节件对内二股引气通道的引气流量进行调节。
更进一步的，上述第一通道和第二通道的前端还分别设有电磁流量阀，电磁流量阀用于测定外二股引气通道或内二股引气通道的引气流量，电磁流量阀与主控模块电连接，将检测的引气流量信号发送至主控模块内。
进一步的，上述第一流量调节件和第二流量调节件均为流量调节阀。
第二方面，本发明提供了一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配方法，用第一方面的涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构对引气流量进行分配，包括以下步骤：
S1、获取外二股引气通道的最大流量x和内二股引气通道的最大流量y；基于吹风试验方法，
S2、获取外二股引气通道的需求流量x｀和内二股引气通道的需求流量y｀；基于涡轮发动机燃烧室部件工况，
S3、基于外二股引气通道和内二股引气通道的总引气量a，根据需求流量x｀与需求流量y｀的比例，拟合出外二股引气通道和内二股引气通道的引气流量比例曲线；
S4、基于引气流量比例曲线，分别调整外二股引气通道和内二股引气通道上的流量控制件进行引气流量分配。
进一步的，上述方法还包括S5、实时采集外二股引气通道和内二股引气通道上的引气流量，并发送至控制结构中进行反馈。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设计的流量分配结构及引气方法，可模拟高压涡轮内外环引气，从而提高试验数据的准确性，具体表现为以下几点：
1.外二股引气通道和内二股通道采用独立引气调节方式，保证燃烧室部件试验过程中在不同试验状态下，外二股引气通道和内二股通道模拟涡轮的引气比例可调，实现燃烧室在发动机不同工作状态下的工作环境真实性模拟，提升试验模拟精度，进而提高燃烧室部件试验数据的准确性。
2.外二股引气通道和内二股通道采用独立引气调节方式，可验证不同引气量变化对燃烧室性能的影响，为燃气涡轮发动机燃烧室工程包容性设计提供数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构的示意图；
图2为实施例1中涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构的控制结构的原理框图；
图3为实施例2中流量分配方法的流程图；
图4为实施例2中外二股引气通道100和内二股引气通道200的引气比例曲线图；
其中，100.外二股引气通道；200.内二股引气通道；1.第一通道；2.第一流量调节件；3.第二通道；4.第二流量调节件；5.主控模块；6.第一流量调节件驱动模块；7.第二流量调节件驱动模块。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例1：
本实施例提供了一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构，流量分配结构用于对外二股引气通道和内二股引气通道的流量进行分配。流量分配结构包括第一流量分配结构和第二流量分配结构，第一流量分配结构用于控制外二股引气通道100的引气流量，第二流量分配结构用于控制内二股引气通道200的引气流量。
如图1所示，第一流量分配结构与外二股引气通道200连通并设置在外二股引气通道200的末端，包括第一通道1和位于第一通道1上的第一流量调节件2。第二流量分配结构与内二股引气通道200连通并设置在内二股引气通道200的末端，包括第二通道3和位于第二通道3上的第二流量调节件4。
流量分配结构还包括控制结构，控制结构用于根据涡轮发动机不同工况对外二股引气通道100和内二股引气通道200的引气流量进行计算，输出流量调节指令并控制第一流量调节件2和第二流量调节件4调节引气流量大小。
如图2所示，上述控制结构内设有主控模块5、第一流量调节件驱动模块6、第二流量调节件驱动模块7。主控模块5内设有计算模块，计算模块用于根据涡轮发动机不同工况计算外二股引气通道100和内二股引气通道200的引气流量，形成并向第一流量调节件驱动模块6输出第一调节指令，向第二流量调节件驱动模块7输出第二调节指令。
如图2所示，第一流量调节件驱动模块6与第一流量调节件2电连接，用于驱动第一流量调节件2对外二股引气通道100的引气流量进行调节。第二流量调节件驱动模块7与二流量调节件4电连接，用于驱动第二流量调节件4对内二股引气通道200的引气流量进行调节。
更进一步的，上述第一通道1和第二通道2的前端还分别设有电磁流量阀(附图未画出)，电磁流量阀用于测定外二股引气通道100或内二股引气通道200的引气流量，电磁流量阀与主控模块5电连接，将检测的引气流量信号发送至主控模块5内。
上述第一流量调节件2和第二流量调节4件均为流量调节阀。
本实施例流量分配结构的设置，对外二股引气通道100和内二股引气通道200的引气流量分别进行调节，能够适用于涡轮发动机不同工况，并对真实工作环境进行模拟，避免因固定的引气流量带来的试验模拟精度低，燃烧室部件试验数据的准确性差的问题。
实施例2：
本实施例提供了一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配方法，用实施例1的涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构对引气流量进行分配，包括以下步骤：
S1、获取外二股引气通道100的最大流量x和内二股引气通道200的最大流量y。
具体的，最大流量x和最大流量y是根据吹风试验方法获得的。
S2、获取外二股引气通道100的需求流量x｀和内二股引气通道200的需求流量y｀。
具体的，根据涡轮发动机燃烧室部件的不同工况，获取需求流量x｀和需求流量y｀的具体数值。在本步骤中，需求流量x｀≤最大流量x，需求流量y｀≤最大流量y。
S3、基于外二股引气通道100和内二股引气通道200的总引气量a，根据需求流量x｀与需求流量y｀的比例，拟合出外二股引气通道和内二股引气通道的引气流量比例曲线。
在本步骤中，需求流量x｀与需求流量y｀的总和小于等于总引气量a，且主控模块5内的计算模块根据总引气量a、需求流量x｀、需求流量y｀形成向第一流量调节件驱动模块6输出第一调节指令，向第二流量调节件驱动模块7输出第二调节指令。
S4、基于引气流量比例曲线，分别调整外二股引气通道和内二股引气通道上的流量控制件进行引气流量分配。
具体的，第一流量调节件驱动模块6驱动第一流量调节件2根据第一调节指令调整外二股引气通道100的引气流量，第二流量调节件驱动模块7驱动第一流量调节件4根据第二调节指令调整内二股引气通道200的引气流量，如图4所示为外二股引气通道100和内二股引气通道200的引气比例曲线图。
在本实施例的另一个实施方式中，流量分配方法除上述5个步骤外，还包括S5、实时采集外二股引气通道100和内二股引气通道200上的引气流量，并发送至控制结构中进行反馈。
本实施例的引气方法，通过对外二股引气通道100和内二股通道200采用独立引气调节方式，保证燃烧室部件试验过程中在不同试验状态下，外二股引气通道100和内二股通道200模拟涡轮的引气比例可调，实现燃烧室在发动机不同工作状态下的工作环境真实性模拟，提升试验模拟精度，进而提高燃烧室部件试验数据的准确性；同时，其可验证不同引气量变化对燃烧室性能的影响，为燃气涡轮发动机燃烧室工程包容性设计提供数据支撑。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构，其特征在于：流量分配结构用于对外二股引气通道和内二股引气通道的流量进行分配，包括第一流量分配结构和第二流量分配结构，所述第一流量分配结构用于控制外二股引气通道的引气流量，所述第二流量分配结构用于控制内二股引气通道的引气流量；
所述第一流量分配结构与所述外二股引气通道连通并设置在外二股引气通道的末端，包括第一通道和位于第一通道上的第一流量调节件；所述第二流量分配结构与所述内二股引气通道连通并设置在内二股引气通道的末端，包括第二通道和位于第二通道上的第二流量调节件；
流量分配结构还包括控制结构，所述控制结构用于根据涡轮发动机不同工况对外二股引气通道和内二股引气通道的引气流量进行计算，输出流量调节指令并控制所述第一流量调节件和所述第二流量调节件调节引气流量大小。
2.根据权利要求1所述的涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构，其特征在于：所述控制结构内设有主控模块、第一流量调节件驱动模块、第二流量调节件驱动模块；
所述主控模块内设有计算模块，所述计算模块用于根据涡轮发动机不同工况计算外二股引气通道和内二股引气通道的引气流量，形成并向所述第一流量调节件驱动模块输出第一调节指令，向所述第二流量调节件驱动模块输出第二调节指令；
所述第一流量调节件驱动模块与所述第一流量调节件电连接，用于驱动所述第一流量调节件对所述外二股引气通道的引气流量进行调节；
所述第二流量调节件驱动模块与所述二流量调节件电连接，用于驱动所述第二流量调节件对所述内二股引气通道的引气流量进行调节。
3.根据权利要求2所述的涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构，其特征在于：所述第一通道和所述第二通道的前端还分别设有电磁流量阀，所述电磁流量阀用于测定所述外二股引气通道或所述内二股引气通道的引气流量；所述电磁流量阀与所述主控模块电连接，将检测的引气流量信号发送至所述主控模块内。
4.根据权利要求1所述的涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构，其特征在于：所述第一流量调节件和所述第二流量调节件均为流量调节阀。
5.一种涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配方法，用权利要求1～4任一项所述的涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构对引气流量进行分配，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取外二股引气通道的最大流量x和内二股引气通道的最大流量y；
S2、获取外二股引气通道的需求流量x｀和内二股引气通道的需求流量y`；
S3、基于外二股引气通道和内二股引气通道的总引气量a，根据需求流量x｀与需求流量y｀的比例，拟合出外二股引气通道和内二股引气通道的引气流量比例曲线；
S4、基于引气流量比例曲线，分别调整外二股引气通道和内二股引气通道上的流量控制件进行引气流量分配。
6.根据权利要求5所述的涡轮发动机燃烧室部件模拟试验中流量分配结构，其特征在于：还包括S5、实时采集外二股引气通道和内二股引气通道上的引气流量，并发送至控制结构中进行反馈。
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