CN115371745A

CN115371745A - 一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管

Info

Publication number: CN115371745A
Application number: CN202211307583.3A
Authority: CN
Inventors: 刘琳琳; 王毅; 房健; 杨振
Original assignee: Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Current assignee: Beijing Changcheng Institute of Metrology and Measurement AVIC
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2022-11-22

Abstract

本发明公开了一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，包括依次连接的入口段、直管段和法兰盘；直管段由入口段向法兰盘方向包括依次连接的前平直段、收缩段、喉部、扩散段和后平直段；喉部为直管段的最窄口径；前平直段和喉部设置有静压测点。本发明提供的进气流量管，依序包括入口段、直管段和连接盘，区别于现有流量管，其最大特点是直管段中部设计一个收缩喉部，在喉部和前平直段布置静压测点，通过两个截面的静压差计算测量流量，相比于现有流量管通过少数测点且不干扰流场的情况下获取流量管内的测量流量。

Description

一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管

技术领域

本发明涉及航空发动机进气道技术领域，更具体的说是涉及一种航空发动机整机试车或核心机试验专用的工艺进气道。

背景技术

空气流量是航空发动机气动性能试验测量的主要参数，是航空发动机性能评估的依据。在航空发动机地面试车台核心机或整机试验中，需要配装专用进气流量管，一方面为发动机入口提供均匀稳定的进气环境，另一方面对发动机进气流量进行测试。目前进气流量管结构一般依序包括喇叭口、直管段和连接法兰，其配套的进气流量测量方法一般为在流量管直管段安装总温、总静压测量耙等方式获取测量截面的总温、总静压值，通过计算得到进气流量测量值。但是传统流量管配合插耙的方式不仅会影响流量管内流场，产生的扰动也会影响相邻测点的准确性，并不利于进气流量的准确测量。

目前现有的流量管因内径大小一般在直管段测量截面均布2-6个总压测量耙，壁面均布相同或更多数量的静压测压孔，在流量管防尘罩或测量截面布置数量不等（1~9个）总温测量耙测量进气总温、总压、静压值计算测量流量。其存在的问题包括：

1）测点多，特别是总压测量耙，不仅要布置多个测量耙，而且每个测量耙3-5个测点，再加总温、静压测点，测点数成倍增加；

2）测试种类多，测试种类包括总温、总压、静压，不同种类、不同量程测试对象需要配置不同的测试系统；

3）测量耙本身会对管内流场产生影响，不仅会对下游管内流场产生影响，产生的扰动也会影响相邻测点的准确性；

4）安全性要求高，测量耙特别是总压测量耙设计相对复杂，必须保证测量耙的牢固性和可靠性，任何零部件脱落都可能对发动机造成重大损害。

因此，如何提供一种为航空发动机地面试车台整机或核心机试验用进气流量管，以辅助发动机进气，结合配套的测试手段获取发动机进气测量流量，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，辅助发动机进气，结合配套的测试手段获取发动机进气测量流量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，包括依次连接的入口段、直管段和法兰盘；所述直管段由所述入口段向所述法兰盘方向包括依次连接的前平直段、收缩段、喉部、扩散段和后平直段；所述喉部为所述直管段的最窄口径；所述前平直段和所述喉部设置有静压测点。

通过上述技术方案，本发明提供的进气流量管，依序包括入口段、直管段和连接盘，区别于现有流量管，其最大特点是直管段中部设计一个收缩喉部，在喉部和前平直段布置静压测点，通过两个截面的静压差计算测量流量。相比于现有流量管通过少数测点且不干扰流场的情况下获取流量管内的测量流量。

优选的，在上述一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管中，所述入口段包括与所述前平直段远离所述收缩段的一端依次连接的双纽线段和圆弧段，所述双纽线段和所述圆弧段形成外翻的喇叭口结构。

优选的，在上述一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管中，所述法兰盘固定在所述后平直段远离所述扩散段的一端。法兰盘的外径大于后平直段的外径，且具有连接孔。

优选的，在上述一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管中，所述收缩段和所述扩散段基于维托辛斯基曲线计算得出。确保喉部前后流场平稳过度，设计收缩和扩散喷管时，一般要求在喷管出口产生均匀的流动，只有设计平滑的壁面，才能使气体在喷管中逐渐得到收缩和扩散，一般认为比较满意的是用维托辛斯基曲线设计。

优选的，在上述一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管中，所述前平直段的中部为测量截面A，所述喉部中部为测量截面B；所述测量截面A和所述测量截面B所在的管段侧壁上均开设有取压口；所述测量截面A和所述测量截面B所在的管段侧壁上的所述取压口数量均至少为4个，且均呈环形均匀布置。

优选的，在上述一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管中，所述取压口的轴线与所述直管段的轴线垂直。

优选的，在上述一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管中，所述取压口的最小直径不受限制，在实际应用中根据防止偶然阻塞及取得良好的动态特性的需要而确定，一般所述取压口的直径不大于3mm。

优选的，在上述一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管中，所述取压口内安装差压传感器。

喉部收缩厚度δ通过管内流动工况及测量截面A和测量截面B所选差压传感器量程和精度确定；前平直段和喉部长度以保证为测量截面A和测量截面B提供稳定的静压测试环境为原则确定，收缩段和扩散段基于维托辛斯基曲线给出，确保喉部前后流场平稳过度，同时以尽量减少前平直段、收缩段、后平直段长度为目的综合确定。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，具有以下有益效果：

1、本发明为航空发动机地面试车台整机或核心机试验用进气流量管，辅助发动机进气，结合配套的测试手段获取发动机进气测量流量。

2、本发明提供的进气流量管，依序包括入口段、直管段和连接盘，区别于现有流量管，其最大特点是直管段中部设计一个收缩喉部，在喉部和前平直段布置静压测点，通过两个截面的静压差计算测量流量，相比于现有流量管通过少数测点且不干扰流场的情况下获取流量管内的测量流量。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术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的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管结构示意图；

图2附图为本发明提供的入口段的示意图；

图3附图为本发明提供的直管段的示意图；

图4附图为本发明提供的测量截面B的示意图；

图5附图为图4中局部C的放大图。

其中：

1-入口段；

11-双纽线段；12-圆弧段；

2-直管段；

21-前平直段；22收缩段；23-喉部；24-扩散段；25-后平直段；26-取压口；

3-法兰盘。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图1，本发明实施例公开了一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，包括依次连接的入口段1、直管段2和法兰盘3；直管段2由入口段1向法兰盘3方向包括依次连接的前平直段21、收缩段22、喉部23、扩散段24和后平直段25；喉部23为直管段2的最窄口径；前平直段21和喉部23设置有静压测点。

为了进一步优化上述技术方案，入口段1包括与前平直段21远离收缩段22的一端依次连接的双纽线段11和圆弧段12，双纽线段11和圆弧段12形成外翻的喇叭口结构。

为了进一步优化上述技术方案，法兰盘3固定在后平直段25远离扩散段24的一端。

为了进一步优化上述技术方案，收缩段22和扩散段24基于维托辛斯基曲线计算得出。

参见附图1和附图3，前平直段21的中部为测量截面A，喉部23中部为测量截面B；测量截面A和测量截面B所在的管段侧壁上均开设有取压口26；测量截面A和测量截面B所在的管段侧壁上的取压口26数量均至少为4个，且均呈环形均匀布置。

为了进一步优化上述技术方案，取压口26的轴线与直管段2的轴线垂直。

参见附图4和附图5，取压口26的直径不大于3mm。

为了进一步优化上述技术方案，取压口26内安装差压传感器。

参见附图2，圆弧段12的圆心位于通过切点P的水平线上，半径不大于切点P与交点O的连线长度，圆心角α一般为0°~45°；双纽线段11通过公式ρ ² =α ² cos2θ确定，其中0.6D≤α≤0.8D，0°＜＜θ≤45°，双纽线段11前端接圆弧段12，后端与前平直段21相接。

为保证差压测量精度，用差压传感器对测量截面A和测量截面B的静压均值之差Δ p进行测量，通过下式计算管内流量值：

其中，q _m为测量流量；K为流量系数，通过校准给出；D₂为喉部直径，β为喉部与前平直段直径比，即D₂/D₁；Δp为平直段与喉部静压差；ρ ₁为平直段气流密度。

根据以上公式，通过测量和计算得出下表数据：

标准流量	流量系数	直径比	密度	压差	计算流量
						5	0.991	0.9368	1.205	98.23	4.93
15	0.971	0.9368	1.205	925.43	14.87
						25	0.922	0.9368	1.205	2924.56	24.88
35	0.842	0.9368	1.205	6764.98	34.80

可见，本实施例通过少数测点，且不干扰管内流场的情况下获取流量管内测量流量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，包括依次连接的入口段（1）、直管段（2）和法兰盘（3）；所述直管段（2）由所述入口段（1）向所述法兰盘（3）方向包括依次连接的前平直段（21）、收缩段（22）、喉部（23）、扩散段（24）和后平直段（25）；所述喉部（23）为所述直管段（2）的最窄口径；所述前平直段（21）和所述喉部（23）设置有静压测点。

2.根据权利要求1所述的一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，所述入口段（1）包括与所述前平直段（21）远离所述收缩段（22）的一端依次连接的双纽线段（11）和圆弧段（12），所述双纽线段（11）和所述圆弧段（12）形成外翻的喇叭口结构。

3.根据权利要求1所述的一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，所述法兰盘（3）固定在所述后平直段（25）远离所述扩散段（24）的一端。

4.根据权利要求1所述的一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，所述收缩段（22）和所述扩散段（24）基于维托辛斯基曲线计算得出。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，所述前平直段（21）的中部为测量截面A，所述喉部（23）中部为测量截面B。

6.根据权利要求5所述的一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，所述测量截面A和所述测量截面B所在的管段侧壁上均开设有取压口（26）。

7.根据权利要求6所述的一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，所述测量截面A和所述测量截面B所在的管段侧壁上的所述取压口（26）数量均至少为4个，且均呈环形均匀布置。

8.根据权利要求6所述的一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，所述取压口（26）的轴线与所述直管段（2）的轴线垂直。

9.根据权利要求6所述的一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，所述取压口（26）的直径不大于3mm。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的一种基于收扩喉部结构的非介入式发动机进气流量管，其特征在于，所述取压口（26）内安装差压传感器。