CN115372013B - 一种发动机及引气系统的综合试验平台及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机及引气系统的综合试验平台及测试方法，通过单轴空气桥扣除引气管路对天平的约束，准确获得发动机引气状态下的推力特性，采用针阀和文丘里流量计同步控制和测量引气质量流量，同步采用温度测量单元测量并判断发动机的安全特性，以获得发动机不同状态下的引气边界、引气特性及引气后发动机的推力特性。本发明能够实时监控发动机运行状态和性能参数，在保证发动机安全运行的前提下，获得不同转速下的引气边界及不同引气状态下的推力性能，可用于主动流动控制领域机载引气系统的引气特性综合试验。

Description

一种发动机及引气系统的综合试验平台及测试方法

技术领域

本发明属于主动流动控制领域，涉及一种发动机及引气系统的综合试验平台及测试方法。

背景技术

主动流动控制相对被动流动控制需要额外的能量输入，因此需要开发机载主动流动控制系统作为控制激励器。主动射流环量飞行控制技术通过高速柯恩达射流改变机翼环量，取消了活动翼面，能显著增加升力并代替机械舵面产生操纵力矩，实现无舵面飞行，在飞行器气动/隐身/控制/结构一体化设计方面取得巨大的收益，实现飞行器综合性能的跃升。

对于主动射流环量飞行控制技术需要机载压缩气体从而产生高速射流，基于涡喷发动机的机载引气系统方案可以持续提供主动流动控制技术所需要的压缩气体。但自发动机引气系统引气会导致发动机本身工作状态发生变化，过度引气甚至会导致发动机因涡轮温度过高而发生损坏，且发动机不同工作状态下压缩气源的特性有巨大差异，决定着机载主动射流控制系统的响应特性、控制能力和控制精度，因此需要建立一个综合试验平台及测试方法，对发动机及引气系统引气特性、引气边界及引气后动力性能进行测试，获得精确的试验数据。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术缺陷，提供了一种发动机及引气系统的综合试验平台及测试方法，通过增加单轴空气桥、发动机排气温度监测和可更换喉道尺寸的文丘里流量计，在确保发动机正常工作的前提下，实现对发动机及引气系统在不同发动机工作状态下的引气特性、引气边界及引气后发动机动力性能的高精度测量。

本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种发动机及引气系统的综合试验平台，所述综合试验平台包括：六分量天平、安装平台、引气管路、单轴空气桥、针阀、流量计和温度测量单元，待测试的发动机设置于所述六分量天平的浮动端，所述六分量天平设置于安装平台之上；且待测试的发动机的集气环上的两引气单元分别连接有引气管路，且各引气管路上设有单轴空气桥，所述单轴空气桥的下游依次设有针阀和流量计；所述温度测量单元设置于所述发动机尾喷口用于实现排气温度测量。

根据一个优选的实施方式，所述发动机经连接架固定于连接板之上，所述连接板与六分量天平的浮动端相接。

根据一个优选的实施方式，所述连接板上选择设置有配重块，以平衡发动机的重量对六分量天平产生的附加力矩。

根据一个优选的实施方式，所述连接板的上方还设有垫板，所述垫板为聚四氟乙烯板体。

根据一个优选的实施方式，所述单轴空气桥的轴线与发动机推力线所在的水平面垂直设置。

根据一个优选的实施方式，两引气管路中的针阀同步开启、等量控制阀门开度。

根据一个优选的实施方式，所述针阀通过线性电位器对阀杆位移进行反馈，实现引气质量流量的精度控制。

根据一个优选的实施方式，所述流量计为文丘里流量计，且在所述文丘里流量计的喉道处加装温度传感器，对喉道面积进行材质温度修正；并根据流量范围选择更换文丘里流量计的喉道。

根据一个优选的实施方式，所述温度测量单元包括在发动机喷管出口平面内沿尾喷口周向均匀布置6个热电偶探头。

另一方面，本发明还公开了：

一种发动机及引气系统的测试方法，所述测试方法基于前述综合试验平台进行，所述测试方法包括如下步骤：

S1：基于发动机尾喷口处设置的温度测量单元在发动机不引气状态下，测量发动机各转速条件下的喷流温度值，并基于六分量天平测得各转速下发动机推力；

S2：选取步骤S1测得的最大的温度值Kmax作为发动机引气能力边界的判断条件；

S3：在发动机转速为n1的条件下，逐渐打开针阀，记录引气质量流量M1、发动机推力、集气环压力和温度，获得的集气环压力和温度为发动机转速n1时的引气特性；发动机推力为转速为n1时引气质量流量为M1时的推力，

同时，若发动机喷流温度值小于Kmax，则认定为发动机仍然具有引气能力；若发动机喷流温度等于Kmax，则认定为达到发动机在该转速下的最大引气能力边界，并记录下相应引气质量流量M1max作为发动机转速n1时具备的最大引气能力边界；

S4：重复步骤S3得到发动机在各转速下的引气特性、引气边界和引气条件下的发动机推力。

前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本发明的有益效果：通过本发明公开的发动机及引气系统的综合试验平台及测试方法，能够满足不同引气用途、不同引气方式的发动机及引气系统性能测试，通用性强，可实现发动机引气条件下工作特性的快速、高精度测量，引气质量流量控制和测量精度高，通过线性控制逐步获取引气流量边界，方法简单、安全性高。

附图说明

图1是本发明综合试验平台的结构示意图；

图2是本发明发动机及引气系统的结构示意图；

其中，1-发动机，2-连接架，3-垫板，4-连接板，5-六分量天平，6-安装平台，7-引气管路，8-单轴空气桥，9-针阀，10-流量计，11-温度测量单元，101-壳体，102-集气环，103-引气单元，104-总压传感器安装孔，105-总温传感器安装孔。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1：

参考图1和图2所示，本发明公开了一种发动机及引气系统的综合试验平台。

其中，所述引气系统包括集气环102，所述集气环102套接于发动机1的稳压段外侧，且所述稳压段与所述集气环102之间的侧壁上均匀的设有若干引气窗口。

集气环102上设置有用于将压缩气体引出的两个引气单元103，两引气单元103对称设置于发动机1的两侧，所述引气单元103包括设置于所述集气环102侧壁上的引气管；所述集气环102上的两引气单元103中间位置处还设有总压传感器安装孔104和总温传感器安装孔105，所述总压传感器安装孔104和总温传感器安装孔105分别安装有压力测量器件和温度测量器件。

在发动机两侧对称布置2个引气接口，使2个引气接口同步等量引气，降低非对称引气对发动机内流的影响和发动机内压力波动。引气特性测量设备为压力测量器件和温度测量器件，布置在2个引气接口中间位置，用于测量发动机引气系统所引出压缩气体的总压和总温参数。工作原理可以参考专利：一种基于涡喷发动机的持续引气系统（2020109026360）。

优选地，本发明的综合试验平台包括：六分量天平5、安装平台6、引气管路7、单轴空气桥8、针阀9、流量计10和温度测量单元11。

待测试的发动机1设置于所述六分量天平5的浮动端，所述六分量天平5设置于安装平台6之上。所述六分量天平5用于测量发动机及引气系统不同工作状态下的发动机推力。

优选地，所述发动机1经连接架2固定于连接板4之上，所述连接板4与六分量天平5的浮动端相接。所述连接板4上选择设置有配重块，以平衡发动机1的重量对六分量天平5产生的附加力矩。

进一步地，连接板4的上方还设有垫板3，所述垫板3为聚四氟乙烯板体。用于隔绝发动机热辐射和热喷流对天平的影响，同时起到缓冲作用，防止发动机运行过程中可能的震动对天平的不利影响。

优先地，所述集气环102上的两引气单元103分别连接有引气管路7，且各引气管路7上设有单轴空气桥8，所述单轴空气桥8的下游依次设有针阀9和流量计10。

优选地，所述单轴空气桥8的轴线与发动机1推力线所在的水平截面垂直设置。具体地，单轴空气桥8的入口法兰及管道固定于天平浮动框，单轴空气桥8的出口法兰及管道通过与针阀9的阀体相连固定于天平固定框。即是，消除了发动机引气管道沿程压力管道产生的附加推力，获得发动机引气后的净推力。

优选地，两引气管路7中的针阀9同步开启、等量控制阀门开度。进一步地，所述针阀9通过线性电位器对阀杆位移进行反馈，实现引气质量流量的高精度控制。

优选地，所述流量计10为文丘里流量计。且在所述文丘里流量计10的喉道处加装温度传感器，对喉道面积进行材质温度修正。并根据流量范围选择更换文丘里流量计10的喉道。

具体地，文丘里流量计用于精确测量引气系统引气质量流量，包括入口总压耙、喉道材质温度传感器、出口压力传感器，分别测量入口总压、文丘里管喉道材质温度和出口静压，通过出口静压与入口总压的关系判断喉道是否达到音速，文丘里管喉道材质温度用于喉道面积修正，根据引气流量范围的不同更换不同尺寸喉道的文丘里管，提高小压比和小流量下的引气流量测量精度。

优选地，所述温度测量单元11设置于所述发动机1尾喷口用于实现排气温度测量。

进一步地，所述温度测量单元11包括在发动机1喷管出口平面内沿尾喷口周向均匀布置6个热电偶探头。尾喷口排气温度测量单元11为6个热电偶探头，沿尾喷口周向均匀布置于发动机喷管出口平面内，温度探头深入喷口内，用于测量发动机排气温度大小及周向分布情况，监测发动机的工作状态，防止涡轮温度过高产生损坏。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明还公开了：一种发动机及引气系统的测试方法。所述测试方法基于实施例1公开的综合试验平台进行。

所述测试方法包括如下步骤：

S1：基于发动机1尾喷口处设置的温度测量单元11在发动机1不引气状态下，测量发动机1各转速条件下的喷流温度值，并基于六分量天平5测得的各转速下发动机1推力；

S2：选取步骤S1测得的最大的温度值Kmax作为发动机1引气能力边界的判断条件；

S3：在发动机1转速为n1的条件下，逐渐打开针阀9，记录引气质量流量M1、发动机1推力、集气环102压力和温度，获得的集气环102压力和温度为发动机1转速n1时的引气特性；发动机1推力为转速为n1时引气质量流量为M1时的推力，

同时，若发动机1喷流温度值小于Kmax，则认定为发动机1仍然具有引气能力；若发动机1喷流温度等于Kmax，则认定为达到发动机1在该转速下的最大引气能力边界，并记录下相应引气质量流量M1max作为发动机1转速n1时具备的最大引气能力边界；

S4：重复步骤S3得到发动机1在各转速下的引气特性、引气边界和引气条件下的发动机1推力。

通过本发明公开的发动机及引气系统的综合试验平台及测试方法，能够满足不同引气用途、不同引气方式的发动机及引气系统性能测试，通用性强，可实现发动机引气条件下工作特性的快速、高精度测量，引气质量流量控制和测量精度高，通过线性控制逐步获取引气流量边界，方法简单、安全性高。

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。

Claims (9)

1.一种发动机及引气系统的测试方法，其特征在于，所述测试方法基于综合试验平台进行，所述测试方法包括如下步骤：

S1：基于发动机(1)尾喷口处设置的温度测量单元(11)在发动机(1)不引气状态下，测量发动机各转速条件下的喷流温度值，并基于六分量天平(5)测得各转速下发动机的推力；

S2：选取步骤S1测得的最大温度值Kmax作为发动机引气能力边界的判断条件；

S3：在发动机转速为n1的条件下，逐渐打开针阀，记录引气质量流量M1、发动机推力、集气环压力和温度，获得的集气环压力和温度为发动机转速n1时的引气特性；发动机推力为转速为n1时引气质量流量为M1时的推力，

同时，若发动机喷流温度值小于Kmax，则认定为发动机仍然具有引气能力；若发动机喷流温度等于Kmax，则认定为达到发动机在该转速下的最大引气能力边界，并记录下相应引气质量流量M1max作为发动机转速n1时具备的最大引气能力边界；

S4：重复步骤S3得到发动机在各转速下的引气特性、引气边界和引气条件下的发动机推力；所述综合试验平台包括：六分量天平(5)、安装平台(6)、引气管路(7)、单轴空气桥(8)、针阀(9)、流量计(10)和温度测量单元(11)，

待测试的发动机(1)设置于所述六分量天平(5)的浮动端，所述六分量天平(5)设置于安装平台(6)之上；

且待测试的发动机(1)的集气环(102)上的两个引气单元(103)分别连接有引气管路(7)，且各引气管路(7)上设有单轴空气桥(8)，所述单轴空气桥(8)的下游依次设有针阀(9)和流量计(10)；

所述温度测量单元(11)设置于所述发动机(1)尾喷口用于实现排气温度测量。

2.一种用于如权利要求1所述的一种发动机及引气系统的测试方法的综合试验平台，其特征在于，所述综合试验平台包括：六分量天平(5)、安装平台(6)、引气管路(7)、单轴空气桥(8)、针阀(9)、流量计(10)和温度测量单元(11)，待测试的发动机(1)设置于所述六分量天平(5)的浮动端，所述六分量天平(5)设置于安装平台(6)之上；且待测试的发动机(1)的集气环(102)上的两个引气单元(103)分别连接有引气管路(7)，且各引气管路(7)上设有单轴空气桥(8)，所述单轴空气桥(8)的下游依次设有针阀(9)和流量计(10)；所述温度测量单元(11)设置于所述发动机(1)尾喷口用于实现排气温度测量；其中，所述集气环(102)上的两个引气单元(103)的中间位置处还设置有压力测量器件和温度测量器件；所述单轴空气桥(8)的轴线与发动机推力线所在的水平面垂直设置。

3.如权利要求2所述的综合试验平台，其特征在于，所述发动机(1)经连接架(2)固定于连接板(4)之上，所述连接板(4)与六分量天平(5)的浮动端相接。

4.如权利要求3所述的综合试验平台，其特征在于，所述连接板(4)上选择设置有配重块，以平衡发动机(1)的重量对六分量天平(5)产生的附加力矩。

5.如权利要求3所述的综合试验平台，其特征在于，所述连接板(4)的上方还设有垫板(3)，所述垫板(3)为聚四氟乙烯板体。

6.如权利要求2所述的综合试验平台，其特征在于，两引气管路(7)中的针阀(9)同步开启、等量控制阀门开度。

7.如权利要求6所述的综合试验平台，其特征在于，所述针阀(9)通过线性电位器对阀杆位移进行反馈，实现引气质量流量的高精度控制。

8.如权利要求2所述的综合试验平台，其特征在于，所述流量计(10)为文丘里流量计，且在所述文丘里流量计的喉道处加装温度传感器，对喉道面积进行材质温度修正；并根据流量范围选择更换文丘里流量计的喉道。

9.如权利要求2所述的综合试验平台，其特征在于，所述温度测量单元(11)包括在发动机喷管出口平面内沿尾喷口周向均匀布置6个热电偶探头。

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