CN116026604A - 一种航空发动机进气畸变试验方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请属于航空发动机试验领域，为一种航空发动机进气畸变试验方法及装置，通过先将插板式压力畸变发生器装配至发动机进口处，对发动机进气测量截面安装数据采集装置，对开车后的发动机进气截面进行数据采集，而后对发动机、插板式压力畸变发生器和台架判喘系统进行静态调试和慢车检查，保证发动机上各装置处于正常工作状态，在准备工作完成后，先进行发动机整机各个状态的不插板性能录取，录取发动机进气道内的各项参数，并保存至数据采集系统内；发动机起动后，待发动机转速稳定2min后，逐步向内移动插板；按1%步长递进，使综合压力畸变指数W值不断增加，并记录数据；依次对各个试验项目进行试验，直至完成所有试验项目。
Description
技术领域
本申请属于航空发动机试验领域，特别涉及一种航空发动机进气畸变试验方法及装置。
背景技术
涡扇发动机在使用过程中常遇到的问题之一是压缩系统的气动不稳定性，随现代高性能发动机研发进程不断推进，对发动机进气畸变导致的喘振、超温等关键问题的解决提出了更高的要求。
目前国内尚无整机条件下的进气畸变试验方法，不能满足型号研制的需要，这非常不利于航空发动机压缩系统稳定性设计和验证。
为了解决航空发动机地面进气畸变的模拟需求，推动型号工作研制进程，需要一种新的整机的进气畸变试验方法。
发明内容
本申请的目的是提供了一种航空发动机进气畸变试验方法及装置，以解决现有技术中尚无整机条件下的进气畸变试验方法、不能满足型号研制的需要的问题。
本申请的技术方案是：一种航空发动机进气畸变试验方法，包括：
将插板式压力畸变发生器装配至发动机进口处，插板式压力畸变发生器控制系统能够接收发动机控制器的喘振信号，在发动机进气测量截面安装数据采集装置，保证发动机运转时数据采集装置能够将采集的数据实时发送至数据采集系统内；
进行发动机与插板式压力畸变发生器、发动机与台架判喘系统的静态调试，直至满足静态调试要求，要求包括进板速度、进板步长、插板控制稳定性、应急退板功能，而后进行发动机慢车检查；
进行发动机整机各个状态的不插板性能录取，录取发动机进气道总压恢复系数σ、稳态周向畸变指数、面平均紊流度及综合压力畸变指数W，并保存至数据采集系统内；
进行发动机各个状态的插板性能录取，分别确定各个试验项目，并选定一个试验项目，在H=0时依照试验项目的要求将发动机调至对应的状态，发动机起动，待发动机转速稳定2min后，逐步向内移动插板；按1%步长递进，使综合压力畸变指数W值不断增加，并记录数据；依次对各个试验项目进行试验，直至完成所有试验项目。
优选地，在所述发动机进气测量截面安装数据采集装置的具体方法为：在发动机进口处设置0-0截面、1-1截面和气动测量截面；所述0-0截面设置在距插板前2D处，其上均匀布置多组流量传感器，D为发动机进口直径；所述气动测量截面位于插板后3D长度处，气动测量截面同时位于距离发动机进气机匣前安装边150mm处，1-1截面位于气动测量截面前85mm处；
在气动测量截面上布置6个稳态总压测量座，AIP1～AIP6为稳态总压测量总压耙子测点1～6支，1-1截面在0.9Rout环面周向均匀布置6支总压脉动测量耙；设置扫描阀对温度压力测点的数据进行测量，每个压力测点对应一个IP地址；流量传感器、稳态总压测量座、总压脉动测量耙和扫描阀采集的数据发送至数据采集系统内经处理后形成稳态周向总压畸变指数、紊流度ε和综合压力畸变指数W、插板相对插入深度H数据。
优选地，所述综合压力畸变指数W的计算公式为：
式中，为稳态周向总压畸变指数、为面平均紊流度。
优选地，所述发动机与插板式压力畸变发生器、发动机与台架判喘系统进行静态调试的具体方法为：在不开车状态下，检查插板的插入和退出功能，判断是否满足控制精度要求，若否则进行检修；若是，则检查插板阀的应急退板功能，判断是否满足控制精度要求，若是，则执行下一步骤，否则进行检修；
检查台架判喘系统，判断其是否能够接收到发动机喘振信号，若否则进行检修；若是，则检查台架判断系统发出喘振信号后，插板是否能够应急退板，若是，则静态调试完成。
优选地，在发动机与插板式压力畸变发生器、发动机与台架判喘系统的静态调试完成后，控制发动机执行慢车状态，检查台架判喘系统工作有效性，若有效，则发动机慢车检查完成，若否，则进行检修。
优选地，所述插板的移动速度在最小移动速度Vmin和最大移动速度Vmax之间任意变化，其中最小移动速度Vmin≤2mm/s，最大移动速度Vmax≥180mm/s，控制精度±2mm/s。
作为一种具体实施方式，一种航空发动机进气畸变试验装置，包括插板阀、液压缸、位移传感器和辅助支架；所述液压缸的活塞杆与插板阀的插板相连，所述辅助支架设于插板阀的侧壁上，所述位移传感器沿着液压缸的行程方向设于辅助支架上，所述插板阀的两端侧壁上分别设于左支架和右支架。
本申请的一种航空发动机进气畸变试验方法及装置，通过先将插板式压力畸变发生器装配至发动机进口处，对发动机进气测量截面安装数据采集装置，对开车后的发动机进气截面进行数据采集，而后对发动机、插板式压力畸变发生器和台架判喘系统进行静态调试和慢车检查，保证发动机上各装置处于正常工作状态，在准备工作完成后，先进行发动机整机各个状态的不插板性能录取，录取发动机进气道内的各项参数，并保存至数据采集系统内；发动机起动后，待发动机转速稳定2min后，逐步向内移动插板；按1%步长递进，使综合压力畸变指数W值不断增加，并记录数据；依次对各个试验项目进行试验，直至完成所有试验项目，通过对发动机不插板和插板状态下的数据对比，从而获得该发动机的实际抗喘振能力。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请实施例一整体结构主视图；
图2为本申请实施例二的整体流程示意图；
图3为本申请实施例二中插板进气畸变试验测量截面示意图；
图4为本申请实施例二中1-1截面测点结构示意图；
图5为本申请实施例二中AIP截面测点结构示意图。
1、插板阀；2、右支架；3、左支架；4、液压缸；5、位移传感器；6、辅助支架；7、插板。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
实施例一
一种航空发动机进气畸变试验装置，如图1所示，包括插板阀1、液压缸4、位移传感器5和辅助支架6；液压缸4的活塞杆与插板阀1的插板7相连，辅助支架6设于插板阀1的侧壁上，位移传感器5沿着液压缸4的行程方向设于辅助支架6上，插板阀1的两端侧壁上分别设于左支架3和右支架2，左支架3和右支架2对插板阀1进行支撑。
进行进气畸变试验前，能够人工调节插板阀1内插板7的相对插入深度，进行进气畸变实验时，液压缸4工作，带动插板阀1内的插板7进行移动，插板7移动的速度由台架控制系统进行控制，插板7移动过程中的位置变化位移传感器5进行实时监测，辅助支架6对位移传感器5进行支撑，当插板7按照设定速度插入至某一位置发生喘振时，发动机控制器和台架控制系统采集对应的数据，从而判断出该发动机的抗喘振能力，装置简单稳定。
实施例二
一种航空发动机进气畸变试验方法，在发动机的进气畸变试验台上进行试验，在发动机的进气畸变试验台上设有发动机、发动机控制器、插板式压力畸变发生器、台架控制系统等设备。
发动机控制器上设有喘振相关参数采集装置，发生喘振后，发动机控制器触发喘振信号并执行相关发动机保护逻辑，并将喘振信号传递至台架控制系统、发动机数控系统等；台架控制系统上设有台架判喘系统、数据采集装置等。
数据采集装置能够采集并处理发动机上的温度、压力、紊流度ε等信号，用于判断并上传发动机试验过程中的状态数据；发动机数控系统用于对发动机的转速等动作进行控制，并且在发动机发生喘振时能够控制发动机执行消喘逻辑。
如图2所示，包括如下步骤：
步骤S100，将插板式压力畸变发生器装配至发动机进口处，插板式压力畸变发生器采用液压设备控制，台架控制系统则对液压设备进行控制，液压设备具体采用大功率液压站；
插板式压力畸变发生器与喘振监测装置电连接，能够接收发动机控制器的喘振信号，在发动机进气测量截面安装数据采集装置，保证发动机起动时数据采集装置能够将采集的数据实时发送至数据采集系统内。
工作时台架控制系统向液压设备发出控制指令，液压设备对插板式压力畸变发生器内的插板7进行行程控制，插板7有效行程满足发动机进口要求，可控制插板7停留到任何中间位置或控制插板7按指定速度移动。优选地，插板的移动速度在最小移动速度Vmin和最大移动速度Vmax之间任意变化，其中最小移动速度Vmin≤2mm/s，最大移动速度Vmax≥180mm/s，控制精度±2mm/s，无明显超调。
喘振监测装置和台架判喘系统均能够实时监测并判定发动机是否发生喘振。喘振监测装置将监测到的喘振信号发送至发动机控制器内，发动机控制器确定发动机喘振后向台架控制系统发出喘振信号，台架控制系统控制插板式压力畸变发生器应急退板。在台架判喘系统通过数据采集装置判断出发动机发生喘振时，台架控制系统会按照自己的控制逻辑控制插板式压力畸变发生器进行应急退板。
插板式压力畸变发生器在接收到喘振监测装置或者台架判喘系统发出的喘振信号后，说明发动机发生了喘振，此时插板式压力畸变发生器应立即控制内部的插板7无条件地以最大移动速度或指定速度缩退到指定位置，发动机数控系统执行消喘逻辑，以保护发动机。
在插板式压力畸变发生器安装后，需要对发动机内部的进气测量截面进行设计，也即是设置数据采集装置，来对插板7移动时内部的温度、压力等数据发生的变化进行采集。
优选地，如图3-5所示，在发动机进气测量截面安装数据采集装置的具体方法为：在发动机进口处设置0-0截面、1-1截面和气动测量截面；0-0截面设置在距插板7前2D处，其上均匀布置多组流量传感器，用于采集进气道内的流量，其中D为发动机进口直径；气动测量截面也叫AIP截面，AIP截面位于插板7后3D长度处，AIP截面同时位于距离发动机进气机匣前安装边150mm处，其中发动机进气机匣前安装边位于图3的右侧线位置，图3中的左侧箭头方向为气流方向；1-1截面位于气动测量截面前85mm处。
结合图4，1-1截面在0.9Rout环面周向均匀布置6支总压脉动测量耙，分别为PD1-PD6，总压脉动测量耙用于对总压脉动进行测量，插板7移动方向为从图4的右侧至左侧。结合图5，在气动测量截面上周向均匀布置6个稳态总压耙子测点AIP1～AIP6；稳态总压耙子测点AIP1～AIP6有两种布置方式，一种的AIP1按照6°进行布设，另一种的AIP1按照51°进行布设；同时设置6支壁面静压测点PS1-PS6，沿AIP截面周向均布，稳态总压耙子测点和壁面静压测点分别沿AIP截面周向的不同角度布设。
同时设置扫描阀对温度压力测点的数据进行测量，每个压力测点对应一个IP地址；流量传感器、稳态总压测量座、总压脉动测量耙和扫描阀采集的数据发送至数据采集系统内，经处理后得到稳态周向总压畸变指数、紊流度ε和综合压力畸变指数W、插板7相对插入深度H等数据，数据采集系统对这些数据处理后并实时显示记录。当发动机发生喘振时，插板相对插入深度H无论此时为多少，如30%，均会直接退到零的位置。
综合压力畸变指数的测量参数主要为两个，一个为稳态周向总压畸变指数、另一个为面平均紊流度，则综合压力畸变指数W的计算公式为：
式中，为稳态周向总压畸变指数、为面平均紊流度，面平均紊流度经1-1截面6个位置处的紊流度ε分别计算后求平均值得到。
综合压力畸变指数W计算出的数据会发送至台架控制系统内，通过人为的判定，能够看出畸变指数到达了多少，并判断出该畸变指数是否为想要获得的一个畸变指数，若是，则说明试验成功。
通过上述布置能够在插板式压力畸变发生器工作时对发动机进口的状态进行全面精确地记录并处理。
步骤S200，进行发动机与插板式压力畸变发生器、发动机与台架判喘系统的静态调试，直至满足静态调试要求，要求包括进板速度、进板步长、插板控制稳定性、应急退板功能等项目，而后进行发动机慢车检查；
优选地，发动机与插板式压力畸变发生器、发动机与台架判喘系统进行静态调试的具体方法为：在不开车状态下，检查插板7的插入和退出功能，判断是否满足控制精度要求，若是，则说明插板7在遇到喘振时能够正常退出，而后检查插板阀1的应急退板功能，判断是否满足控制精度要求，若是，则说明在发生紧急情况是插板7能够应急退板，从而执行下一步骤；若否，则对插板7的插入、退出和应急退板功能进行检修。
检查台架判喘系统，判断其是否能够接收到发动机的喘振信号，若否则进行检修；若是，则说明台架判喘系统能够稳定接收到发动机的脉动信号，而后继续检查台架判断系统发出喘振信号后，插板7是否能够应急退板，若是，则说明插板7与台架判喘系统之间的电路连通通畅，静态调试完成，否则进行检修。
在发动机与插板式压力畸变发生器、发动机与台架判喘系统的静态调试完成后，对发动机进行慢车检查，检查台架判喘系统工作有效性，若有效，则说明慢车状态下台架判喘系统能够稳定工作，发动机慢车检查完成，若否，则进行检修。
步骤S300，进行发动机整机各个状态（0～1.0之间）的不插板性能录取，录取发动机进气道总压恢复系数σ、稳态周向畸变指数、面平均紊流度及综合压力畸变指数W，并保存至数据采集系统内；
该步骤采集的数据能够与插板7状态下的发动机各个节点下的性能进行对比，从而准确获知发动机在产生进气畸变时的发动机状态变化。
步骤S400，进行发动机各个状态的插板性能录取，根据插板7在0～1.0之间的各个状态，状态的选取能够根据不同发动机的型号进行分别选择，分别确定各个试验项目，各试验项目与不插板7性能时的各状态进行对应，并先选定一个试验项目，在H=0时依照试验项目的要求将发动机调至对应的状态，发动机起动，待发动机转速稳定2min后，逐步向内移动插板7。按1%步长递进，使综合压力畸变指数W值不断增加，并记录数据；依次对各个试验项目进行试验，直至完成所有试验项目。
在进行畸变试验的过程中，通过对插板7不断地进行插入，使得综合压力畸变指数W不断增加，如插板7从插板相对插入深度H=20%开始不断增加插入量，综合压力畸变指数W会从5%到10%，而后到达15%，如果在15时，发动机发生了喘振，此时，发动机控制器会发出喘振信号，控制插板7进行应急退板。而后获取此时的数据，观察此时的畸变指数是否为想要的畸变指数，如果是，则说明试验成功。
本申请通过先将插板式压力畸变发生器装配至发动机进口处，对发动机进气测量截面安装数据采集装置，对开车后的发动机进气截面进行数据采集，而后对发动机、插板式压力畸变发生器和台架判喘系统进行静态调试和慢车检查，保证发动机上各装置处于正常工作状态，在准备工作完成后，先进行发动机整机各个状态的不插板7性能录取，录取发动机进气道内的各项参数，并保存至数据采集系统内；发动机起动后，待发动机转速稳定2min后，逐步向内移动插板7；按1%步长递进，使综合压力畸变指数W值不断增加，并记录数据；依次对各个试验项目进行试验，直至完成所有试验项目，通过对发动机不插板7和插板7状态下的数据对比，从而获得该发动机的实际抗喘振能力。
并且结构简单、稳定，从而能够规范航空发动机进气畸变试验规程，能适用于不同型号需求，可以快速、准确的模拟航空发动机进气畸变，实现试验流程的规范化、系统化和程序化。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种航空发动机进气畸变试验方法，其特征在于，包括：
将插板式压力畸变发生器装配至发动机进口处，插板式压力畸变发生器控制系统能够接收发动机控制器的喘振信号，在发动机进气测量截面安装数据采集装置，直至发动机运转时数据采集装置能够将采集的数据实时发送至数据采集系统内；
进行发动机与插板式压力畸变发生器、发动机与台架判喘系统的静态调试，直至满足静态调试要求，要求包括进板速度、进板步长、插板控制稳定性、应急退板功能，而后进行发动机慢车检查；
进行发动机整机各个状态的不插板性能录取，录取发动机进气道总压恢复系数σ、稳态周向畸变指数、面平均紊流度及综合压力畸变指数W，并保存至数据采集系统内；
进行发动机各个状态的插板性能录取，分别确定各个试验项目，并选定一个试验项目，在插板相对插入深度H=0时依照试验项目的要求将发动机调至对应的状态，发动机起动，待发动机转速稳定2min后，逐步向内移动插板(7)；按1%步长递进，使综合压力畸变指数W值不断增加，并记录数据；依次对各个试验项目进行试验，直至完成所有试验项目。
2.如权利要求1所述的航空发动机进气畸变试验方法，其特征在于，在所述发动机进气测量截面安装数据采集装置的具体方法为：在发动机进口处设置0-0截面、1-1截面和气动测量截面；所述0-0截面设置在距插板(7)前2D处，其上均匀布置多组流量传感器，D为发动机进口直径；所述气动测量截面位于插板(7)后3D长度处，气动测量截面同时位于距离发动机进气机匣前安装边150mm处，1-1截面位于气动测量截面前85mm处；
在气动测量截面上布置6个稳态总压测量座，AIP1～AIP6为稳态总压测量总压耙子测点1～6支，1-1截面在0.9Rout环面周向均匀布置6支总压脉动测量耙；设置扫描阀对温度压力测点的数据进行测量，每个压力测点对应一个IP地址；流量传感器、稳态总压测量座、总压脉动测量耙和扫描阀采集的数据发送至数据采集系统内经处理后形成稳态周向总压畸变指数、紊流度ε和综合压力畸变指数W、插板相对插入深度H数据。
3.如权利要求1所述的航空发动机进气畸变试验方法，其特征在于，所述综合压力畸变指数W的计算公式为：
式中，为稳态周向总压畸变指数、为面平均紊流度。
4.如权利要求1所述的航空发动机进气畸变试验方法，其特征在于，所述发动机与插板式压力畸变发生器、发动机与台架判喘系统进行静态调试的具体方法为：在不开车状态下，检查插板(7)的插入和退出功能，判断是否满足控制精度要求，若否则进行检修；若是，则检查插板阀(1)的应急退板功能，判断是否满足控制精度要求，若是，则执行下一步骤，否则进行检修；
检查台架判喘系统，判断其是否能够接收到发动机的喘振信号，若否则进行检修；若是，则检查台架判断系统发出喘振信号后，插板(7)是否能够应急退板，若是，则静态调试完成，否则进行检修。
5.如权利要求4所述的航空发动机进气畸变试验方法，其特征在于：在发动机与插板式压力畸变发生器、发动机与台架判喘系统的静态调试完成后，控制发动机执行慢车状态，检查台架判喘系统工作有效性，若有效，则发动机慢车检查完成，否则进行检修。
6.如权利要求1所述的航空发动机进气畸变试验方法，其特征在于：所述插板的移动速度在最小移动速度Vmin和最大移动速度Vmax之间任意变化，其中最小移动速度Vmin≤2mm/s，最大移动速度Vmax≥180mm/s，控制精度±2mm/s。
7.一种航空发动机进气畸变试验装置，采用如权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于：包括插板阀(1)、液压缸(4)、位移传感器(5)和辅助支架(6)；所述液压缸(4)的活塞杆与插板阀(1)的插板(7)相连，所述辅助支架(6)设于插板阀(1)的侧壁上，所述位移传感器(5)沿着液压缸(4)的行程方向设于辅助支架(6)上，所述插板阀(1)的两端侧壁上分别设于左支架(3)和右支架(2)。
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