CN115219206A - 一种航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，包括：进气截流装置，置于发动机进气口前；保温罩，包裹在发动机周围；以及冷热浸管路，与所述保温罩连接。该装置设有进气截流装置，在高温起动试验发动机热浸时截断主流空气，防止发动机高低压转子转动而造成滑油泄漏；在低温起动试验发动机冷浸初期截断主流空气，防止发动机高低压转子转动而导致轴承温度无法达到目标温度；设有的保温罩通过向其内部引入高低温空气，在发动机周围形成局部高低温外部环境，真实模拟高温高寒等极端气候环境，加速轴承温度达到规定温度，缩短了冷热浸时间，进而降低了高低温起动试验成本。

Description

一种航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统

技术领域

本发明属于航空发动机环境试验技术领域，具体涉及一种航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统。

背景技术

综合国内外航空发动机高低温起动试验技术的发展，航空发动机开展高低温起动试验的技术手段主要包括发动机随飞机转场、地面试车台和高空模拟试车台。发动机随飞机转场虽然试验状态真实，但受大气环境条件影响较大，难以捕捉满足试验要求的大气环境条件，试验周期长。地面试车台能模拟的飞行状态有限，难以短期内同时满足高低温大气环境条件要求，试验耗资大、周期长。高空模拟试车台拥有完整的供气系统、空气处理系统、温度调节系统和抽气系统，可模拟高低温起动试验所规定的任意海拔高度，可供给高低温起动试验所规定的任意极限温度空气，相比其它技术手段，试验周期短，试验成本低，因此现阶段在高空模拟试车台开展航空发动机高低温起动试验是十分有利且高效的。

《航空涡轮喷气和涡轮风扇发动机通用规范》（GJB241A-2010）要求航空发动机在开展高低温起动试验时，航空发动机温度测量点温度、输送空气温度需达到HB5652.1-1981规定的热天最高温度、冷天最低温度。在高空模拟试车台上进行的高低温起动试验通常选取轴承温度表征温度测量点温度，采用发动机加装防转装置、高低温输送空气内流冷热浸的技术手段实现。

但是，发动机加装防转装置，需对发动机进行改装，容易对发动机造成损伤，危险系数较大。并且航空发动机转速高，加装防转装置技术难度大、成本高，目前只保证输送空气温度满足试验要求，无法对航空发动机在极端气候环境条件下的起动及加速能力进行全面验证及考核。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能适用于航空发动机的高低温起动试验用发动机冷热浸系统，以解决高低温起动试验航空发动机难以加装防转装置而只保证输送空气温度的问题，保证参试发动机轴承温度、输送空气温度均满足高低温起动试验要求，以充分验证及考核航空发动机在极端气候环境条件下的起动及加速能力。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，提供一种航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，所述系统包括：进气截流装置，置于发动机进气口前，用于控制发动机冷热浸时通入发动机内流道的高低温主流空气供给；保温罩，包裹在发动机周围，用于在发动机周围形成局部高低温外环境；冷热浸管路，与所述保温罩连接，用于将高低温次流空气引入保温罩。

本发明所提供的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，还具有这样的特征，所述进气截流装置包括：下安装座，所述下安装座水平放置，用于固定所述进气截流装置，所述下安装座底面设有与下安装座的固定螺钉配合的条形孔，所述条形孔用于沿气流流动方向前后调整进气截流装置位置；箱体，所述箱体中心设有与发动机进气口直径相同的通孔，所述通孔用于高低温主流空气的流通；阀板，插入所述箱体内，所述阀板上设有与所述通孔直径相同的调节孔和可完全遮挡住通孔的挡板，所述阀板与所述箱体配合调整高低温主流空气流量；上安装座，所述上安装座水平放置，所述上安装座的长度方向与气流流动方向垂直，用于固定所述阀板和所述箱体，所述阀板可在所述箱体内沿上安装座长度方向移动；驱动电机，通过驱动电机安装座固定在上安装座上，并与所述阀板通过连接座连接，用于驱动阀板的移动；支撑，用于将上安装座和所述下安装座连接固定，所述支撑的高度可调，用于调整上安装座的高度。

本发明所提供的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，还具有这样的特征，所述保温罩包括套设在所述发动机进气流量管上的进气段、用于排气的排气段以及用于连接所述进气段和所述排气段的连接段。

本发明所提供的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，还具有这样的特征，所述进气段、所述连接段和所述排气段通过卡扣搭接并通过硅橡胶圈进行密封。

本发明所提供的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，还具有这样的特征，所述进气段、所述连接段和所述排气段均由桁架和固定在桁架上的隔热板拼接而成。

本发明所提供的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，还具有这样的特征，所述隔热板具有保温隔热夹层，保温隔热夹层内填充保温材料，所述隔热板外附防火保温材料。

本发明所提供的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，还具有这样的特征，所述冷热浸管路的高低温空气流通面积不小于排气段的排气流通面积。

有益效果：

本发明所提供的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统设有进气截流装置，在高温起动试验发动机热浸时截断主流空气，防止发动机高低压转子转动而造成滑油泄漏；在低温起动试验发动机冷浸初期截断主流空气，防止发动机高低压转子转动而导致轴承温度无法达到目标温度；设有的保温罩通过向其内部引入高低温空气，在发动机周围形成局部高低温外部环境，真实模拟高温高寒等极端气候环境，加速轴承温度达到规定温度，缩短了冷热浸时间，进而降低了高低温起动试验成本。

本发明所提供的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统在航空发动机高低温起动试验时内外流同时冷热浸发动机，解决了航空发动机难以加装防转装置而只保证输送空气温度的问题，充分验证及考核了航空发动机在极端气候环境条件下的起动及加速能力，拓展了高空模拟试车台的试验能力。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明实施例所提供的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统的结构示意图；

图2为本发明实施例所提供的进气截流装置的结构示意图；

图3为本发明实施例所提供的下安装座的结构示意图；

图4为本发明实施例所提供的支撑的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的上安装座的结构示意图；

图6为本发明实施例所提供的驱动电机安装座的结构示意图；

图7为本发明实施例所提供的驱动电机的结构示意图；

图8为本发明实施例所提供的箱体的结构示意图；

图9为本发明实施例所提供的筏板的结构示意图；

图10为本发明实施例所提供的连接座的结构示意图；

图11为本发明实施例所提供的保温罩的结构示意图；

图12为本发明实施例所提供的隔热板的结构示意图，

其中：1-进气截流装置，2-保温罩，3-冷热浸管路，4-下安装座，5-支撑，6-上安装座，7-驱动电机安装座，8-驱动电机，9-箱体，10-阀板，11-连接座，12-下安装座下表面，13-下安装座侧面，14-支撑外侧面，15-上安装座侧面，16-上安装座上表面，17-箱体下表面，18-驱动电机安装座内侧面，19-驱动电机安装座上表面，20-驱动电机下表面，21-驱动电机滑块上表面，22-连接座底板下表面，23-箱体进气边，24-箱体排气边，25-连接座外侧面，26-进气段，27-连接段，28-排气段，29-桁架，30-隔热板，31-保温材料，32-防火保温材料，33-限位块。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

在本发明实施例的描述中，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。

术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

如图1-图12所示，本发明实施例提供了一种航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，所述系统包括：进气截流装置1，置于发动机进气口前，用于控制发动机冷热浸时通入发动机内流道的高低温主流空气供给；保温罩2，包裹在发动机周围，用于在发动机周围形成局部高低温外环境；冷热浸管路3，与所述保温罩2连接，用于将高低温次流空气引入保温罩2。

在上述实施例中，进气截流装置1用于在高温起动试验发动机冷热浸时截断主流空气，防止发动机高低压转子转动而造成滑油泄漏；在低温起动试验发动机冷热浸初期截断主流空气，防止发动机高低压转子转动而导致轴承温度无法达到目标温度。保温罩2在发动机周围形成局部高低温外部环境，真实模拟高温高寒等极端气候环境，加速轴承温度达到规定温度，缩短冷热浸时间，进而降低高低温起动试验成本。

在部分实施例中，所述进气截流装置1包括：下安装座4，所述下安装座4水平放置，用于固定所述进气截流装置1，所述下安装座4底面设有与下安装座4的固定螺钉配合的条形孔，所述条形孔用于沿气流流动方向前后调整进气截流装置1位置；箱体9，所述箱体9中心设有与发动机进气口直径相同的通孔，所述通孔用于高低温主流空气的流通；阀板10，插入所述箱体9内，所述阀板10上设有与所述通孔直径相同的调节孔和可完全遮挡住通孔的挡板，所述阀板与10所述箱体9配合调整高低温主流空气流量；上安装座6，所述上安装座6水平放置，所述上安装座6的长度方向与气流流动方向垂直，用于固定所述阀板10和所述箱体9，所述阀板10可在所述箱体9内沿上安装座6长度方向移动；驱动电机8，通过驱动电机安装座7固定在上安装座6上，并与所述阀板10通过连接座11连接，用于驱动阀板10的移动；支撑5，用于将上安装座6和所述下安装座4连接固定，所述支撑5的高度可调，用于调整上安装座6的高度。

在部分实施例中，下安装座4为U型结构，长、宽、高分别为1010mm、166mm、40mm；精加工下安装座4的外表面作为安装基准面，下安装座下表面12采用4颗M16螺栓固定在高低温起动试验用推力台架上，条形孔的调整距离为80mm。

在部分实施例中，支撑5可以为四根形状相同的L型支撑结构组成，L型支撑结构的长、宽、高分别为365mm、50mm、20mm；精加工支撑5的外表面作为安装基准面，支撑外侧面14下端与下安装座侧面13采用4颗M10螺栓连接；可以在支撑5上沿长度方向设计一字孔，上安装座6可固定在一字孔的不同高度进而调节上安装座6的高度；也可以将支撑5设置为可调节长度的结构以调节上安装座6的高度；上安装座6的调节距离为10mm。

在部分实施例中，上安装座6采用U型结构，长、宽、高分别为925mm、166mm、50mm，对上安装座6的外表面进行精加工以作为安装基准面，上安装座侧面15与支撑外侧面14上端采用4颗M10螺栓连接。

在部分实施例中，箱体9为不锈钢锻件，热处理后整体加工成型，长、宽、高分别为420mm、40mm、420mm，沿宽度方向设计通孔，通孔的孔径与进气流量管通径相同；沿长度方向设计方孔，方孔截面为366^+0.5mm×6^+0.5mm；沿长度方向内置滚珠，保证阀板10在方孔内的灵活移动；沿高度方向左右内置硅橡胶密封垫，保证阀板10移动过程中的密封；箱体9与阀板10同轴时，箱体9内容腔趋近于零，消除了容腔对发动机起动的影响，箱体下表面17与上安装座上表面16采用4颗M10螺栓连接，箱体进气边23与进气流量管测量段出口采用24颗M5螺栓连接、止口密封，箱体排气边24与进气流量管连接段采用24颗M5螺栓连接、止口密封，用于进气流量管测量段与连接段的连接。

在部分实施例中，阀板10材质为不锈钢板，长、宽、高分别为820mm、6mm、366mm；热处理后精加工外表面，沿长度方向一端设计调节孔，孔径与进气流量管通径相同；四角设计限位块33，用于准确控制箱体通孔与阀板调节孔的同轴度。阀板10在箱体9内沿上安装座6长度方向左右移动，用于高低温起动试验发动机冷热浸时控制主流空气供给。

在部分实施例中，驱动电机8采用伺服电机，配合伺服电机编码器可实现阀板10位移的精确控制，驱动电机8配置光电限位开关，用于准确控制箱体通孔与阀板调节孔的同轴度，驱动电机下表面20与驱动电机安装座上表面19采用6颗M5螺栓连接，滑块上表面21与连接座底板下表面22采用6颗M5螺栓连接，用于驱动阀板10沿上安装座6长度方向左右移动。

在部分实施例中，驱动电机安装座7有6个，采用L型结构，长、宽、高分别为60mm、40mm、100mm，对驱动电机安装座7的外表面进行精加工以作为安装基准面，驱动电机安装座内侧面18与上安装座底侧面采用6颗M10螺栓连接。驱动电机安装座7沿宽度方向设计一字孔，用于沿上安装座6长度方向左右调整驱动电机8位置。

在部分实施例中，连接座底板下表面22与驱动电机滑块上表面21采用6颗M5螺栓连接，连接座外侧面25与阀板10采用2颗M5螺栓连接，用于驱动电机8与阀板10的连接。

在部分实施例中，所述保温罩2包括套设在所述发动机进气流量管上的进气段26、用于排气的排气段28以及用于连接所述进气段26和所述排气段28的连接段27。

在部分实施例中，保温罩2预留冷热浸空气孔、控制器线缆穿线孔、主承力销孔、起动电机线缆穿线孔、滑油加注及液位检查孔、测试线缆穿线孔、辅助拉杆穿线孔，各孔洞堵板均可进行快速拆装，保温罩2与进气流量管、发动机主承力销采用软连接，消除发动机与台架之间的振动传递。

在部分实施例中，所述进气段26、所述连接段27和所述排气段28通过卡扣搭接并通过硅橡胶圈进行密封。

在部分实施例中，所述进气段26、所述连接段27和所述排气段28均由桁架29和固定在桁架29上的隔热板30拼接而成。

在部分实施例中，进气段26上布有两个温度测点和两个压力测点，由12块隔热板30拼接而成，其中有八块弧形板，2块直板和2块进气板；连接段27与推力台架上表面螺栓连接，布有两个温度测点和两个压力测点，由10块隔热板30拼接而成，其中8块弧形板和2块直板；排气段28上布有两个温度测点和两个压力测点，由12块隔热板30拼接而成，其中有八块弧形板，2块直板和2块进气板。

在部分实施例中，所述隔热板30具有保温隔热夹层，保温隔热夹层内填充保温材料31，所述隔热板30外附防火保温材料32，保冷-60℃，保热100℃。

在部分实施例中，所述冷热浸管路3的高低温空气流通面积不小于排气段的排气流通面积。

在部分实施例中，冷热浸管路3采用规格均为DN200的法兰、不锈钢管、弯头焊接而成，焊接采用氩弧焊，焊缝探伤，安装前高压空气吹扫内流道，同时外附防火保温材料，保冷-60℃，保热100℃，冷热浸管路3伸入保温罩2的供气截面积大于保温罩排气段28的排气截面积。

航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统圆满保障了某涡扇发动机状态鉴定高低温起动试验，结合实施例对本发明的工作原理做详细说明，按照高空模拟试车台工艺规范，调节发动机进口空气温度需起动发动机。

在低温起动试验中，高空模拟试车台需干燥路和低温路同时供气，干燥路空气温度T₁，低温路空气温度T₂，干燥路用于次流供气，低温路用于主流和次流同时供气。

a)主流全低温供气，次流干燥路供气，工艺起动发动机，调节发动机进口空气温度；

b)发动机进口温度达到T₃，发动机停车，轴承温度T₄；

c)等冲压状态下，进气截流装置阀板全关；

d)次流全低温供气，外流冷浸发动机，保温罩内压力高于高空舱环境压力；

e)发动机滑油温度达到T₅，次流干燥路、低温路掺混供气，维持滑油温度T₅；

f)慢开截流装置阀板，主流低温供气，内外流同时冷浸发动机；

g)轴承温度达到T₃℃，发动机冷浸结束；

h)发动机保温结束，进气截流装置阀板开，按要求进行发动机低温起动。

在高温起动试验中，高空模拟试车台需干燥路和直供路同时供气，干燥路空气温度T₁℃，直供路空气温度T₆℃，干燥路用于次流供气，直供路用于主流和次流同时供气。

a)主流全直供路供气，次流干燥路供气，工艺起动发动机，调节发动机进口空气温度；

b)发动机进口温度达到T₇，发动机停车，轴承温度T₄；

c)等冲压状态下，进气截流装置阀板全关；

d)次流全干燥路供气，外流冷浸发动机，保温罩内压力高于高空舱环境压力；

e)轴承温度达到T₇℃，次流干燥路、直供路掺混供气，维持轴承温度T₇，发动机热浸结束；

f)发动机保温结束，进气截流装置阀板开，按要求进行发动机高温起动。

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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，其特征在于，所述系统包括：

进气截流装置，置于发动机进气口前，用于控制发动机冷热浸时通入发动机内流道的高低温主流空气供给；

保温罩，包裹在发动机周围，用于在发动机周围形成局部高低温外部环境；

冷热浸管路，与所述保温罩连接，用于将高低温次流空气引入保温罩。

2.根据权利要求1所述的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，其特征在于，所述进气截流装置包括：

下安装座，所述下安装座水平放置，用于固定所述进气截流装置，所述下安装座底面设有与下安装座的固定螺钉配合的条形孔，所述条形孔用于沿气流流动方向前后调整进气截流装置位置；

箱体，所述箱体中心设有与发动机进气口直径相同的通孔，所述通孔用于高低温主流空气的流通；

阀板，插入所述箱体内，所述阀板上设有与所述通孔直径相同的调节孔和可完全遮挡住通孔的挡板，所述阀板与所述箱体配合调整高低温主流空气流量；

上安装座，所述上安装座水平放置，所述上安装座的长度方向与气流流动方向垂直，用于固定所述阀板和所述箱体，所述阀板可在所述箱体内沿上安装座长度方向移动；

驱动电机，通过驱动电机安装座固定在上安装座上，并与所述阀板通过连接座连接，用于驱动阀板的移动；

支撑，用于将上安装座和所述下安装座连接固定，所述支撑的高度可调，用于调整上安装座的高度。

3.根据权利要求1所述的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，其特征在于，所述保温罩包括套设在发动机进气流量管上的进气段、用于排气的排气段以及用于连接所述进气段和所述排气段的连接段。

4.根据权利要求3所述的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，其特征在于，所述进气段、所述连接段和所述排气段通过卡扣搭接并通过硅橡胶圈进行密封。

5.根据权利要求3所述的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，其特征在于，所述进气段、所述连接段和所述排气段均由桁架和固定在桁架上的隔热板拼接而成。

6.根据权利要求5所述的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，其特征在于，所述隔热板具有保温隔热夹层，保温隔热夹层内填充保温材料，所述隔热板外附防火保温材料。

7.根据权利要求5所述的航空发动机高低温起动试验用发动机冷热浸系统，其特征在于，所述冷热浸管路的高低温空气流通面积不小于排气段的排气流通面积。

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