CN115615654A - 一种回流式空气桥流动影响校准试验装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回流式空气桥流动影响校准试验装置与方法，试验装置中进气空气桥的进气端固定在天平固定端连接气源，进气空气桥的出气端通过连接管与排气空气桥的进气端连接，所述排气空气桥的出气端连接背压调节阀，所述进气空气桥与排气空气桥之间的连接管上设置有空气马达模拟器，所述天平的固定端分别与支杆和排气空气桥的出气端固定连接，所述天平的浮动端分别与进气空气桥的出气端和排气空气桥的进气端固定连接。本发明通过空气马达模拟器和背压调节阀组合，精确调节回流式空气桥的进气空气桥和排气空气桥的流速和压力，提高了天平测量精准度，解决了传统的标准喷管校准方法不能用于回流式空气桥流动影响校准的问题。

Description

一种回流式空气桥流动影响校准试验装置与方法
技术领域
本发明涉及空气动力学领域，具体涉及到一种回流式空气桥流动影响校准试验装置与方法。
背景技术
在亚声速飞行范围内，涡轮螺旋桨飞机具有气动效率高、经济性好、耗油率低等显著优点，因此，大量军用、民用运输机均采用涡轮螺旋桨发动机作为其动力装置。为进一步提高飞行性能，涡桨飞机装备的发动机功率有不断增大的趋势，对风洞试验模拟手段提出了更大的挑战。传统的电机驱动螺旋桨方式受到电机功率密度限制，无法满足更大功率的涡桨发动机模拟需求，而空气马达因其功率密度远高于电机，更适用于大功率涡桨发动机模拟，能够在各飞行速度下模拟螺旋桨滑流特性。
在风洞试验中，作为发动机模拟装置的空气马达由高压空气驱动。为了驱动空气马达，需要采用专用管路传输高压空气，但供气管路对天平测量有较大影响，因此，需要使用六自由度空气桥来传输高压空气。空气桥横跨天平两端，由柔性节和连接管路组成，柔性节具有一定的自由度，可以减小供气管路对天平的影响。与传统的直流式空气桥不同的是，空气马达试验使用的是回流式空气桥，它由并列布置的进气空气桥和排气空气桥组成，高压空气经进气空气桥进入空气马达，驱动空气马达做功，空气马达做功后排出的低压空气经排气空气桥排出试验模型外。压缩空气在回流式空气桥内部的流动方向是双向的，即并列布置的进气空气桥和排气空气桥内的流动方向相反，且进气空气桥和排气空气桥内的气流流速和压力也差别较大，这种流动对天平有一定影响，必须通过专门的校准试验进行标定。
传统的空气桥流动影响校准试验方法是使用标准喷管校准，通过两次标准喷管喷流试验组合分解出空气桥的流动影响作用力。一次是标准喷管的喷流方向平行于天平轴线向前，另外一次将标准喷管反转180°，使喷流平行于天平轴线向后，两次试验的空气桥流动影响作用力相同，但标准喷管的推力大小相等、方向相反，即推力相互抵消，从而获得空气桥流动影响作用力。使用标准喷管校准时，其空气桥内部流速和压力基本一致，且气流方向是单向的，而回流式空气桥的气流流动方向是双向的，且进气空气桥和排气空气桥内的气流速度和压力也差别较大，因此标准喷管装置无法用于回流式空气桥校准。
发明内容
本发明的目的是提供一种回流式空气桥流动影响校准试验装置，解决传统的标准喷管校准方法不能用于回流式空气桥流动影响校准的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种回流式空气桥流动影响校准试验装置，包括：支撑座、连接到支撑座上的支杆、设置在支杆上的天平、设置在天平上的回流式空气桥，
所述回流式空气桥包括进气空气桥和排气空气桥，所述进气空气桥的进气端固定在天平固定端连接气源，进气空气桥的出气端通过连接管与排气空气桥的进气端连接，所述排气空气桥的出气端连接背压调节阀，
所述进气空气桥与排气空气桥之间的连接管上设置有空气马达模拟器，
所述天平的固定端分别与支杆和排气空气桥的出气端固定连接，所述天平的浮动端分别与进气空气桥的出气端和排气空气桥的进气端固定连接。
在上述技术方案中，所述空气马达模拟器包括圆形孔板，所述圆形孔板上设置有若干个的孔洞，所述孔洞的内表面为渐变曲面。
在上述技术方案中，所述孔洞包括进气段、喉道和出气段，进气段从进口到出口方向的直径由大减小，直径最小处为喉道，出气段的直径大于喉道的直径。
在上述技术方案中，空气马达模拟器能够调整不同直径的孔洞用于连通进气空气桥与排气空气桥。
本发明的核心是在回流式空气桥内设置有空气马达模拟器和背压调节阀，控制进气空气桥和排气空气桥的压力和流速的原理是：首先通过空气马达模拟器改变进气空气桥和排气空气桥的压力比和速度比，然后通过调节背压调节阀开度，控制排气空气桥的压力值和气流速度值，从而保证相同供气流量下，校准试验的进气空气桥和排气空气桥的气流速度值与压力值与风洞试验要求值基本一致。
因此采用上述装置的一种回流式空气桥流动影响校准方法，包括以下步骤：
步骤一：将校准试验装置进行安装调试；
步骤二：启动高压气源系统供气，保持供气流量不变，调节背压调节阀开度，直至进气空气桥与排气空气桥的压力值和气流速度值与风洞试验要求值一致，记录该流量下的背压调节阀开度；
步骤三：按照校准试验的流量序列依次改变供气流量，重复步骤二；
步骤四：按照步骤二、步骤三已标定的流量-背压调节阀开度关系开展变流量校准试验，采集对应流量的天平读数；
步骤五：按天平公式计算天平载荷，获得天平载荷与供气流量的关系，完成校准试验。
在上述技术方案中，在步骤二中，通过调整空气马达模拟器配合改背压调节阀开度，变进气空气桥和排气空气桥的压力值和气流速度值。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明通过空气马达模拟器和背压调节阀组合，精确调节回流式空气桥的进气空气桥和排气空气桥的流速和压力，确保校准试验的回流式空气桥内部流动与风洞试验时基本一致，通过校准试验能够准确获得回流式空气桥流动影响量，提高了天平测量精准度，解决了传统的标准喷管校准方法不能用于回流式空气桥流动影响校准的问题。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是回流式空气桥流动影响校准试验装置的示意图；
图2是空气马达模拟器剖面图；
其中：1是高压气源系统，2是供气管路，3是支撑系统，4是天平，5是进气空气桥，6是钢管，7是空气马达模拟器，7-1是进气段，7-2是喉道，7-3是出气段，8是排气空气桥，9是排气管路，10是背压调节阀。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1 所示，本实施例的校准试验装置包括：回流式空气桥、高压气源系统1、供气管路2、支撑系统3、天平4、空气马达模拟器7、排气管路9、背压调节阀10。其中：
回流式空气桥为流动影响校准对象，由进气空气桥5和排气空气桥8组成，进气空气桥5的进气端和排气空气桥8的出气端与天平4固定端相连，进气空气桥5的出气端和排气空气桥8的进气端与天平4浮动端相连。进气空气桥5的进气端与高压气源系统1连接，进气空气桥5的出气端与排气空气桥8的进气端之间通过钢管6连通，在钢管6上设置有空气马达模拟器7。
在本实施例中，空气马达模拟器7是通过对空气流动性进行技术后设计的结构，如图2所示，其本质为一个带有若干通孔的圆形孔板，其通孔用于连通进气空气桥5和排气空气桥8。通孔的内表面由进气段7-1、喉道7-2和出气段7-3三部分组成，进气段7-1的内表面截面直径先由大减小至最小直径，然后通过喉道7-2后，直接扩张成更大直径的圆孔构成的出气段7-3。
背压调节阀10为压力调节阀，通过调节开度控制阀门进出口压力比，背压调节阀10与空气马达模拟器7进行配合就能实现在保证相同供气流量下，校准试验的进气空气桥5和排气空气桥8的气流速度值与压力值与风洞试验要求值基本一致。
在本实施例中，支撑系统3由相互固定连接的支撑座和支杆组成，天平4设置在支杆上，天平4的固定端与支杆通过螺钉固定连接，天平4的浮动端悬空。
采用上述校准装置开展校准试验的方法如下：
步骤一：按照图1所示安装校准试验装置；
步骤二：启动高压气源系统供气，保持供气流量不变，调节背压调节阀开度，直至进气空气桥与排气空气桥的压力值和气流速度值与风洞试验要求值基本一致，记录该流量下的背压调节阀开度；
步骤三：按照校准试验的流量序列依次改变供气流量，重复步骤二，获得该流量序列下的流量-背压调节阀开度关系；
步骤四：按照上述已标定的流量-背压调节阀开度关系开展校准试验，依次改变供气流量和对应的背压调节阀开度，通过测量系统采集对应流量的天平读数。
步骤五：按天平公式计算天平载荷，获得天平载荷与供气流量的关系，完成校准试验。
采用本发明的校准试验方法，对某型回流式空气桥的流动影响校准试验，校准试验结果成功应用于某飞机空气马达带动力风洞试验，该期试验的阻力系数重复性精度达到0.0004，优于《高速风洞和低速风洞测力实验精度指标》（GJB1061-91）规定的合格指标要求0.0005，证明了本发明的校准试验方法的可靠性。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种回流式空气桥流动影响校准试验装置，其特征在于包括：支撑座、连接到支撑座上的支杆、设置在支杆上的天平、设置在天平上的回流式空气桥，
所述回流式空气桥包括进气空气桥和排气空气桥，所述进气空气桥的进气端固定在天平固定端连接气源，进气空气桥的出气端通过连接管与排气空气桥的进气端连接，所述排气空气桥的出气端连接背压调节阀，
所述进气空气桥与排气空气桥之间的连接管上设置有空气马达模拟器，
所述天平的固定端分别与支杆和排气空气桥的出气端固定连接，所述天平的浮动端分别与进气空气桥的出气端和排气空气桥的进气端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种回流式空气桥流动影响校准试验装置，其特征在于所述空气马达模拟器包括圆形孔板，所述圆形孔板上设置有若干个的孔洞，所述孔洞的内表面为渐变曲面。
3.根据权利要求2所述的一种回流式空气桥流动影响校准试验装置，其特征在于所述孔洞包括进气段、喉道和出气段，进气段从进口到出口方向的直径由大减小，直径最小处为喉道，出气段的直径大于喉道的直径。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种回流式空气桥流动影响校准试验装置，其特征在于空气马达模拟器能够调整不同直径的孔洞用于连通进气空气桥与排气空气桥。
5.采用如权利要求1所述的一种回流式空气桥流动影响校准试验装置的校准方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将校准试验装置进行安装调试；
步骤二：启动高压气源系统供气，保持供气流量不变，调节背压调节阀开度，直至进气空气桥与排气空气桥的压力值和气流速度值与风洞试验要求值一致，记录该流量下的背压调节阀开度；
步骤三：按照校准试验的流量序列依次改变供气流量，重复步骤二；
步骤四：按照步骤二、步骤三已标定的流量-背压调节阀开度关系开展变流量校准试验，采集对应流量的天平读数；
步骤五：按天平公式计算天平载荷，获得天平载荷与供气流量的关系，完成校准试验。
6.根据权利要求5所述的一种回流式空气桥流动影响校准方法，其特征在于在步骤二中，通过调整空气马达模拟器配合改背压调节阀开度，改变进气空气桥和排气空气桥的压力和流速。
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