CN115014621B - 一种用于连续爆轰发动机地面试车的推力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于连续爆轰发动机地面试车的推力测量装置，该推力测量装置包括：试车台架，固定安装于地面上；龙门架，固定安装于试车台架的顶部；推力墙，固定安装于试车台架的顶部，并与龙门架相对设置；承压台，通过四角的钢丝绳吊装于龙门架；连续爆轰发动机试验件，固定安装于承压台；推力传感器，抵接于连续爆轰发动机试验件与推力墙之间，并与连续爆轰发动机试验件具有相同高度，用于测量连续爆轰发动机试验件的推力；数据采集系统，与推力传感器连接，用于采集推力传感器的数据信息。上述推力测量装置能够通过地面试车完成对连续爆轰发动机的推力测量。

Description

一种用于连续爆轰发动机地面试车的推力测量装置

技术领域

本发明涉及航空航天发动机地面试验技术领域，具体涉及一种用于连续爆轰发动机地面试车的推力测量装置。

背景技术

等压燃烧(爆燃)被广泛用于燃气轮机、涡喷/涡扇发动机、液体/固体火箭发动机和(超燃)冲压发动机中，但其热效率的提升已面临天花板。而爆轰燃烧近似等容燃烧，能量释放速率快，热力循环效率高，近年来受到国内外广泛关注。

基于爆轰燃烧的连续爆轰发动机燃烧室一般为环形结构，爆轰波沿周向旋转传播，高温高压燃气从发动机尾部沿轴向喷出，产生推力。目前对连续爆轰发动机主要集中于爆轰性能的试验研究，针对发动机推力、比冲等性能参数的研究较少，但在实际的工程应用中，推力和比冲是衡量发动机性能的至关重要的参数，采用有效手段获得准确的连续爆轰发动机的推力数据对衡量发动机性能是非常有必要的。而目前对发动机进行推力测量普遍基于力的动力效果，一般将推力转换为测量台架的振动幅值或转动位移，进而换算获得发动机推力。在直接测量法中，推力器与测量台架的执行部件固定相连，发动机推力直接转换为测量台架的振动幅值或转动位移，典型装置有扭摆结构、单摆结构、天平结构。

因此，发明人发现，需要研发一种用于连续爆轰发动机地面试车的推力测量装置。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于连续爆轰发动机地面试车的推力测量装置，该推力测量装置能够通过地面试车完成对连续爆轰发动机的推力测量。

本发明采用以下具体技术方案：

一种用于连续爆轰发动机地面试车的推力测量装置，该推力测量装置包括：

试车台架，固定安装于地面上；

龙门架，固定安装于所述试车台架的顶部；

推力墙，固定安装于所述试车台架的顶部，并与所述龙门架相对设置；

承压台，通过四角的钢丝绳吊装于所述龙门架；

连续爆轰发动机试验件，固定安装于所述承压台；

推力传感器，抵接于所述连续爆轰发动机试验件与所述推力墙之间，并与所述连续爆轰发动机试验件具有相同高度，用于测量所述连续爆轰发动机试验件的推力；

数据采集系统，与所述推力传感器连接，用于采集所述推力传感器的数据信息。

更进一步地，所述龙门架包括矩形框架和分布于所述矩形框架四角的方管钢立柱；

所述矩形框架与所述试车台架的顶面平行设置，并由四个方管钢横梁依次首尾相接构成；

所述方管钢立柱沿竖直方向设置且固定连接于所述方管钢横梁与所述试车台架之间；

在所述连续爆轰发动机试验件的首尾两侧均分布有两个所述方管钢立柱；

所述钢丝绳的顶端连接于所述方管钢横梁。

更进一步地，还包括钢丝扣、以及固定安装于所述方管钢横梁和所述承压台的螺母；

所述钢丝绳的顶端穿过所述方管钢横梁的螺母后与一个钢丝扣固定连接、底端穿过所述承压台的螺母后与另一个钢丝扣固定连接；

所述钢丝扣用于调节所述钢丝绳的长度，以保证所述承压台的表面水平。

更进一步地，还包括用于将所述连续爆轰发动机试验件固定于所述承压台的刚性包带；

所述试车台架通过地脚螺栓固定于地面上。

更进一步地，所述连续爆轰发动机试验件包括外筒体、中心体、预爆轰管以及尾锥；所述中心体固定安装于所述外筒体内且用于爆轰波的连续旋转传播；在所述外筒体和所述中心体之间形成集气腔和爆轰燃烧室；

所述外筒体设置有与所述集气腔连通的燃料接口和氧化剂接口；

所述预爆轰管安装于所述外筒体，并由金属管、火花塞和隔离膜组成；在所述金属管的侧壁上开有燃料和氧化剂的进气孔，所述金属管的底端密封设有所述隔离膜，在所述金属管的顶端安装有所述火花塞；

所述推力传感器抵接于所述外筒体与所述推力墙之间。

更进一步地，还包括连接于所述外筒体与所述推力传感器之间的推力架；

所述推力架为圆台状框架，一端与所述连续爆轰发动机固定连接，另一端与所述推力传感器固定连接；

所述推力架与所述推力传感器处于同一高度。

有益效果：

(1)本发明的推力测量装置用于连续爆轰发动机地面试车，该推力测量装置在固定安装于地面的试车台架上设置有相对的推力墙和龙门架，在龙门架上吊装有承压台，承压台用于固定安装连续爆轰发动机试验件，通过承压台、龙门架和钢丝绳实现连续爆轰发动机试验件在试验台架上的吊装，并在连续爆轰发动机试验件与推力墙之间抵接有推力传感器，以通过推力传感器测量连续爆轰发动机试验件的推力，同时通过数据采集系统采集推力传感器的测量数据信息；由于连续爆轰发动机试验件试车时采用吊装结构，能够避免受其它摩擦力等因素的干扰；因此，采用上述推力测量装置可以排除掉与测推力无关因素的干扰，能够准确测量连续爆轰发动机试车时的推力，数据信号清晰，测量灵敏，没有杂波干扰，得到推力随时间变化的曲线，为连续爆轰发动机的研制与工程应用提供有力的数据支撑。

(2)本发明的推力测量装置中，龙门架由矩形框架和分布于矩形框架四角的方管钢立柱构成，并通过方管钢立柱固定安装于试车台架上，实现连续爆轰发动机试验件试车的吊装安装方式；矩形框架由四个方管钢横梁依次首尾相接构成，使得龙门架具有结构简单、制备容易和成本低的特点，从而能够降低测量成本和难度。

(3)本发明的推力测量装置还包括钢丝扣、以及固定安装于方管钢横梁和承压台的螺母，使得钢丝绳通过螺母和钢丝扣安装于龙门架与承压台之间，由于钢丝扣能够调节钢丝绳的长度，因此，在测量过程中，可以通过钢丝扣来调节各个钢丝绳的长度来保证承压台的台面高度和倾斜角度，从而满足连续爆轰发动机对承压台表面的水平度要求，提高测量结果的准确性；同时，通过调节钢丝绳的长度还可以调节承压台的高度，从而适用于不同的连续爆轰发动机进行测量，扩大该推力测量装置的使用范围，提高推力测量装置的利用率。

(4)本发明的推力测量装置还包括用于将连续爆轰发动机试验件固定于承压台的刚性包带，通过刚性包带可以方便更换不同的连续爆轰发动机试验件进行测量，同时还可以根据连续爆轰发动机试验件的尺寸变化调整刚性包带的上、下高度以及夹持位置，提高了推力测量装置的使用灵活性。

附图说明

图1为本发明推力测量装置的结构示意图。

其中，1-试车台架；2-方管钢横梁；3-方管钢立柱；4-钢丝绳；5-推力墙；6-推力传感器；7-推力架；8-燃料接口；9-氧化剂接口；10-刚性包带；11-承压台；12-连续爆轰发动机试验件；13-预爆轰管；14-尾锥。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于连续爆轰发动机地面试车的推力测量装置，如图1结构所示，该推力测量装置包括试车台架1、龙门架、推力墙5、承压台11、连续爆轰发动机试验件12、推力传感器6以及数据采集系统，其中：

试车台架1固定安装于地面上，试车台架1可以通过地脚螺栓固定于地面上；试车台架1为整个推力测量装置的基础，所有其它零部件均安装于试车台架1上侧；

龙门架固定安装于试车台架1的顶部；龙门架可以由沿竖直方向设置的方管钢立柱3和沿水平方向设置的方管钢横梁2固定连接构成；方管钢立柱3的底端固定连接于试车台架1的顶部，方管钢立柱3的顶端用于支撑方管钢横梁2；方管钢立柱3可以通过焊接连接的方法与试车台架1和方管钢横梁2实现固定连接；龙门架可以包括由四个方管钢横梁2依次首尾相接构成的矩形框架和分布于矩形框架四角的方管钢立柱3；矩形框架与试车台架1的顶面平行设置；方管钢立柱3沿竖直方向设置且固定连接于方管钢横梁2与试车台架1之间；在连续爆轰发动机试验件12的首尾两侧均分布有两个方管钢立柱3；钢丝绳4的顶端连接于方管钢横梁2；

推力墙5固定安装于试车台架1的顶部，并与龙门架相对设置；推力墙5可以固定安装于试车台架1的一端部；在连续爆轰发动机试车时与推力传感器6沿连续爆轰发动机的轴向相互作用；推力墙5与试车台架1连为一体，用于承受连续爆轰发动机试车时产生的推力，并对推力传感器6提供轴向支撑；

承压台11位于龙门架和试车台架1之间，并通过四角的钢丝绳4吊装于龙门架，用于承托、固定连续爆轰发动机；承压台11上面可以通过焊接等连接方式固定有刚性包带10，通过刚性包带10将连续爆轰发动机试验件12与承压台11牢固且可靠地固定连接为一体；刚性包带10可以为分体结构，采用上、下两部分构成；通过刚性包带10可以减实现对不同尺寸的连续爆轰发动机试验件12进行推力测量，方便更换不同的连续爆轰发动机试验件12，同时还可以根据连续爆轰发动机试验件12的尺寸变化调整刚性包带10的上、下高度以及夹持位置，提高推力测量装置的使用灵活性；

连续爆轰发动机试验件12固定安装于承压台11；连续爆轰发动机试验件12的头部连接有推力传感器6，实验时燃料和氧化剂在同轴圆环腔式的连续爆轰燃烧室中爆轰燃烧，产生的高温燃气从尾部高速喷出，从而形成推力；

推力传感器6抵接于连续爆轰发动机试验件12与推力墙5之间，并与连续爆轰发动机试验件12具有相同高度，用于测量连续爆轰发动机试验件12的推力；

数据采集系统，与推力传感器6连接，用于采集推力传感器6的数据信息。在测量过程中，连续爆轰发动机试验件12的燃烧室产生旋转爆震，并将推力传递给推力传感器6，由数据采集系统采集旋转爆震过程中推力传感器6的数据，从而可以得到连续爆轰发动机试验件12产生的推力，并且可以得到推力随时间变化的曲线。

上述推力测量装置的测量方法为：

首先，完成上述推力测量装置的组装，将龙门架焊接在试车台架1的台面上，通过调整钢丝绳4将承压台11调整至水平，通过钢丝绳4和承压台11将连续爆轰发动机试验件12吊装在龙门架上，连续爆轰发动机试验件12的头部安放有推力传感器6，并使推力传感器6与推力墙5相抵；

其次，试车时，将燃料和氧化剂输入连续爆轰发动机试验件12的集气腔中，连续爆轰发动机试验件12由预爆轰管13点火开始工作，爆轰波在燃烧室内自持旋转传播，所生成的高温燃气从发动机尾喷管喷出，产生推力，连续爆轰发动机试验件12将推力传递给推力传感器6，推力传感器6受推力作用抵接在试车台架1的推力墙5上，通过推力传感器6可以测得发动机的推力数据，并由数据采集系统记录推力传感器6测得的推力数据，从而得到发动机推力随时间变化的曲线。

上述推力测量装置用于连续爆轰发动机地面试车，该推力测量装置在固定安装于地面的试车台架1上设置有相对的推力墙5和龙门架，在龙门架上吊装有用于固定安装连续爆轰发动机试验件12的承压台11，通过承压台11、龙门架和钢丝绳4实现连续爆轰发动机试验件12在试验台架上的吊装，并在连续爆轰发动机试验件12与推力墙5之间抵接有推力传感器6，以通过推力传感器6测量连续爆轰发动机试验件12的推力，同时通过数据采集系统采集推力传感器6的测量数据信息。由于上述连续爆轰发动机试验件12试车时采用吊装结构，避免了现有技术中采用滑轨、动架等装置中滑轨与滑块、动架与试车台架1之间的摩擦、撞击等因素带来的推力测量损失，能够避免受其它摩擦力等因素的干扰；因此，采用上述推力测量装置可以排除掉与测推力无关因素的干扰，数据信号清晰，测量灵敏准确，没有杂波干扰，通过推力传感器6和数据采集系统能够准确测量连续爆轰发动机试验件12试车时的推力，还可以得到推力随时间变化的曲线，进而获得发动机的比冲和特征速度等性能参数，为连续爆轰发动机的研制与工程应用提供有力的数据支撑和参考指标。

上述推力测量装置中，龙门架可以由矩形框架和分布于矩形框架四角的方管钢立柱3构成，并通过方管钢立柱3固定安装于试车台架1上，实现连续爆轰发动机试验件12试车的吊装安装方式；矩形框架由四个方管钢横梁2依次首尾相接构成，使得龙门架具有结构简单、制备容易和成本低的特点，从而能够降低测量成本和难度。

一种具体的实施方式中，上述推力测量装置还包括钢丝扣、以及固定安装于方管钢横梁2和承压台11的螺母；钢丝扣与钢丝绳4的两端部对应连接，钢丝扣的数量对应钢丝绳4的两倍相对应；螺母的数量与钢丝扣的数量相同，即，在每个钢丝绳4的两端均设置有一个用于穿设钢丝绳4的螺母；钢丝绳4的顶端穿过方管钢横梁2的螺母后与一个钢丝扣固定连接、底端穿过承压台11的螺母后与另一个钢丝扣固定连接；钢丝扣用于调节钢丝绳4的长度，以保证承压台11的表面水平。

由于上述推力测量装置还包括钢丝扣、以及固定安装于方管钢横梁2和承压台11的螺母，使得钢丝绳4通过螺母和钢丝扣安装于龙门架与承压台11之间，由于钢丝扣能够调节钢丝绳4的长度，因此，在测量过程中，可以通过钢丝扣来调节各个钢丝绳4的长度来保证承压台11的台面高度和倾斜角度，从而满足连续爆轰发动机对承压台11表面的水平度要求，提高测量结果的准确性；同时，通过调节钢丝绳4的长度还可以调节承压台11的高度，从而适用于不同的连续爆轰发动机进行测量，扩大该推力测量装置的使用范围，提高推力测量装置的利用率。

更进一步地，连续爆轰发动机试验件12包括外筒体、中心体、预爆轰管13以及尾锥14；外筒体、中心体以及尾锥14具有相同的轴心线；中心体固定安装于外筒体内且用于爆轰波的连续旋转传播；在外筒体和中心体之间形成集气腔和爆轰燃烧室；

外筒体设置有与集气腔连通的燃料接口8和氧化剂接口9；燃料接口8用于与燃料连通；氧化剂接口9用于与氧化剂连通；通过燃料接口8和氧化剂接口9可以向外筒体内的集气腔中连续提供燃料和氧化剂；

预爆轰管13安装于外筒体，并由金属管、火花塞和隔离膜组成；在金属管的侧壁上开有燃料和氧化剂的进气孔，金属管的底端密封设有隔离膜，在金属管的顶端安装有火花塞；发动机试车时，燃料与氧化剂分别由进气孔进入金属管和集气腔内，然后经过燃料和氧化剂喷孔进入爆轰燃烧室，经预爆轰管13点火起爆，在环形爆轰腔室内发生连续旋转爆震，燃烧产生的高温燃气经由尾端排出后产生推力；

推力传感器6抵接于外筒体与推力墙5之间。

具体地，上述连续爆轰发动机试验件12还包括连接于外筒体与推力传感器6之间的推力架7；推力架7为圆台状框架，一端与连续爆轰发动机固定连接，另一端与推力传感器6固定连接；外筒体、推力架7与推力传感器6均处于同一高度。推力架7作为传力结构，固定在发动机头部，位于连续爆轰发动机试验件12的外筒体与推力传感器6之间，外筒体通过推力架7与推力传感器6底部连接，推力传感器6另一侧抵接在试车台架1的推力墙5上。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (3)

1.一种用于连续爆轰发动机地面试车的推力测量装置，其特征在于，包括：

试车台架，固定安装于地面上；

龙门架，固定安装于所述试车台架的顶部；

推力墙，固定安装于所述试车台架的顶部，并与所述龙门架相对设置；

承压台，通过四角的钢丝绳吊装于所述龙门架；

连续爆轰发动机试验件，固定安装于所述承压台；

推力传感器，抵接于所述连续爆轰发动机试验件与所述推力墙之间，并与所述连续爆轰发动机试验件具有相同高度，用于测量所述连续爆轰发动机试验件的推力；

数据采集系统，与所述推力传感器连接，用于采集所述推力传感器的数据信息；

所述推力测量装置还包括钢丝扣、以及固定安装于所述龙门架和所述承压台的螺母；

所述钢丝绳的顶端穿过所述龙门架的螺母后与一个钢丝扣固定连接、底端穿过所述承压台的螺母后与另一个钢丝扣固定连接；

所述钢丝扣用于调节所述钢丝绳的长度，通过钢丝扣来调节各个钢丝绳的长度来保证承压台的台面高度和倾斜角度，从而满足连续爆轰发动机对承压台表面的水平度要求；同时，通过调节钢丝绳的长度还可以调节承压台的高度，从而适用于不同的连续爆轰发动机进行测量；

还包括用于将所述连续爆轰发动机试验件固定于所述承压台的刚性包带；

所述试车台架通过地脚螺栓固定于地面上；

所述连续爆轰发动机试验件包括外筒体、中心体、预爆轰管以及尾锥；所述中心体固定安装于所述外筒体内且用于爆轰波的连续旋转传播；在所述外筒体和所述中心体之间形成集气腔和爆轰燃烧室；

所述外筒体设置有与所述集气腔连通的燃料接口和氧化剂接口；

所述预爆轰管安装于所述外筒体，并由金属管、火花塞和隔离膜组成；在所述金属管的侧壁上开有燃料和氧化剂的进气孔，所述金属管的底端密封设有所述隔离膜，在所述金属管的顶端安装有所述火花塞；

所述推力传感器抵接于所述外筒体与所述推力墙之间。

2.如权利要求1所述的推力测量装置，其特征在于，所述龙门架包括矩形框架和分布于所述矩形框架四角的方管钢立柱；

所述矩形框架与所述试车台架的顶面平行设置，并由四个方管钢横梁依次首尾相接构成；

所述方管钢立柱沿竖直方向设置且固定连接于所述方管钢横梁与所述试车台架之间；

在所述连续爆轰发动机试验件的首尾两侧均分布有两个所述方管钢立柱；

所述钢丝绳的顶端连接于所述方管钢横梁。

3.如权利要求1所述的推力测量装置，其特征在于，还包括连接于所述外筒体与所述推力传感器之间的推力架；

所述推力架为圆台状框架，一端与所述连续爆轰发动机固定连接，另一端与所述推力传感器固定连接；

所述推力架与所述推力传感器处于同一高度。