CN116448437B - 一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空发动机高空模拟试验技术领域，公开了一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，包括与涡桨发动机进气口连通的进气流量管，进气流量管包括第一管段和第二管段，还包括设置于第一管段和第二管段之间的壳体，壳体设置有第一限位面和第二限位面；第一限位面与第二限位面之间设置扰流板；壳体上设置有开口，开口内插设有伸缩杆，伸缩杆端头与扰流板固定连接，壳体开口处与伸缩杆外壁之间活动密封。本发明通过伸缩杆的伸缩控制扰流板，从而动态调节进气流量管的流通面积来改变发动机进口截面畸变指数，实现下腹式进气涡桨发动机进口截面畸变指数动态可调节的功能，满足下腹式进气涡桨发动机进气畸变试验的需求。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机高空模拟试验技术领域，公开了一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置。
背景技术
随着现代航空发动机技术的不断发展，气动稳定性已成为当代先进航空发动机设计的重要技术指标之一，在发动机的设计定型阶段，需要开展大量的进气畸变试验来评估各种失稳因子对发动机性能的影响以及考核发动机的抗畸变能力。
对于涡桨发动机，其作为军用民直升机或大型运输机的动力配备，在设计定型阶段也需开展进气畸变试验来对其气动稳定性进行试验研究。我国当前在研的下腹式异形截面进气的涡桨发动机在高空台开展进气畸变试验过程中，现有的进气畸变扰动装置结构复杂，且不易实现发动机进口截面畸变指数动态可调的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，能够实现下腹式进气涡桨发动机进口截面畸变指数动态可调节的功能，满足下腹式进气涡桨发动机进气畸变试验的需求。
为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，包括：
进气流量管，所述进气流量管包括第一管段和第二管段，所述第一管段与涡桨发动机进气口连通，所述第二管段与前室出口连通，所述第一管段和第二管段连接处均为心形截面，所述心形截面由一个底圆弧、对称设置于底圆弧上的两个侧圆弧以及连接两个侧圆弧的直线段合围形成；
壳体，所述壳体设置于第一管段和第二管段之间，所述壳体设置有第一限位面和第二限位面，所述第一限位面与所述第二限位面相互平行；所述第一限位面对应的壳体外壁设置有与第一管段连通的气流通道，所述第二限位面对应的壳体外壁设置有与第二管段连通的气流通道；
扰流板，所述扰流板设置于所述第一限位面与所述第二限位面之间，用于通过伸缩改变第一管段与第二管段之间心形截面的流通面积，所述壳体上设置有开口，所述开口内插设有伸缩杆，所述伸缩杆端头与扰流板固定连接，所述壳体开口处与所述伸缩杆外壁之间活动密封；
在第一管段与第二管段之间的心形截面上建立平面直角坐标系，试验时扰流板的插入深度H根据联立求解获得，其中，/>为扰流板插入心形截面后的流通面积，/>为扰流板插入端的形状曲线，为以H和/>为自变量的函数，/>为心形截面面积，/>为心形截面底圆弧的半径，/>为扰流板(5)边缘与心形截面边缘接触点之间的距离，/>为微分，/>为要求达到的综合畸变指数，/> 、/> 、/> 、/>均为常数。
进一步地，还包括测距机构，所述测距机构用于测量扰流板的位移。
进一步地，壳体内在与扰流板接触的位置设置有导向槽，所述扰流板边缘设置有安装槽，所述安装槽内设置有可与导向槽内壁接触的滚柱，所述扰流板上设置有可将滚柱限位在安装槽内的盖板，所述盖板上开设有可供滚柱侧壁与导向槽接触的穿孔。
进一步地，第一限位面与所述第二限位面之间还设置有可对扰流板位置进行限位的限位块。
进一步地，第一限位面对应的壳体外壁通过法兰组件与第一管段连通，所述法兰组件包括相互配合连接的第一法兰安装盘和第二法兰安装盘，所述第一法兰安装盘固定于壳体上，所述第二法兰安装盘固定于第一管段上；所述第一法兰安装盘与所述第二法兰安装盘连接处设置有密封组件。
进一步地，密封组件包括柔性密封环和金属压环，所述柔性密封环安装于所述金属压环的内壁；所述金属压环固定于第一法兰安装盘和第二法兰安装盘上，用于使柔性密封环内壁与所述第一法兰安装盘的侧壁及第二法兰安装盘的侧壁贴合固定。
进一步地，扰流板插入端采用柔性壁面结构，柔性壁面结构通过设置若干收缩驱动杆来控制其型面形状。
与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：
本发明通过伸缩杆的伸缩控制扰流板，动态调节进气流量管的流通面积来改变发动机进口截面畸变指数，实现下腹式进气涡桨发动机进口截面畸变指数动态可调节的功能，满足下腹式进气涡桨发动机进气畸变试验的需求。
附图说明
图1为实施例中径斜式异形截面畸变流场扰动装置与涡桨发动机的安装结构示意图；
图2为实施例中径斜式异形截面畸变流场扰动装置结构示意图；
图3为实施例中滚柱在扰流板上的安装示意图；
图4为图1中局部A的放大示意图；
其中，1、涡桨发动机；2、第一管段；3、第二管段；4、壳体；5、扰流板；6、伸缩杆；7、测距机构；8、导向槽；9、滚柱；10、盖板；11、限位块；12、第一法兰安装盘；13、第二法兰安装盘；14、柔性密封环；15、金属压环。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例
参见图1-图4，一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，包括：
进气流量管，所述进气流量管包括第一管段2和第二管段3，所述第一管段2与涡桨发动机1进气口连通，所述第二管段3与前室出口连通，所述第一管段2和第二管段3连接处均为心形截面，所述心形截面由一个底圆弧、对称设置于底圆弧上的两个侧圆弧以及连接两个侧圆弧的直线段合围形成；
壳体4，所述壳体4设置于第一管段2和第二管段3之间，所述壳体4设置有第一限位面和第二限位面，所述第一限位面与所述第二限位面相互平行；所述第一限位面对应的壳体4外壁设置有与第一管段2连通的气流通道，所述第二限位面对应的壳体4外壁设置有与第二管段3连通的气流通道；
扰流板5，所述扰流板5设置于所述第一限位面与所述第二限位面之间，用于通过伸缩改变第一管段2与第二管段3之间心形截面的流通面积，所述壳体4上设置有开口，所述开口内插设有伸缩杆6，所述伸缩杆6端头与扰流板5固定连接，所述壳体4开口处与所述伸缩杆6外壁之间活动密封；
在第一管段2与第二管段3之间的心形截面上建立平面直角坐标系，试验时扰流板的插入深度H根据联立求解获得，其中，/>为扰流板5插入心形截面后的流通面积，/>为扰流板5插入端的形状曲线，为以H和/>为自变量的函数，/>为心形截面面积，/>为心形截面底圆弧的半径，/>为扰流板(5)边缘与心形截面边缘接触点之间的距离，/>为微分，/>为要求达到的综合畸变指数，/> 、/> 、/> 、/>均为常数。
在本实施例中，由于该涡桨发动机1的进气方式为下腹式进气且进气截面为异形（“心形”）截面，该位置位于发动机的斜下前方，且该位置处的流量管段内流道为异形变截面（由“长腰形”过渡到“心形”），因此扰动装置的位置应选择流量测量截面后方2D位置处（Ｄ为发动机流量管直径），流量管上用于获取总压畸变流场的气动界面（AIP界面）位于扰动装置后方3D位置，基于以上原则并结合气动仿真计算确定扰动装置在流量管上的具体位置；扰动装置包括在涡桨发动机1的进气流量管上的壳体4，壳体4内设置可对进气流量管第一管段2和第二管段3之间的气流进气截面调节的扰流板5，通过伸缩杆6的伸缩控制扰流板5，动态调节进气流量管的流通面积来改变发动机进口截面畸变指数，实现下腹式进气涡桨发动机1进口截面畸变指数动态可调节的功能，满足下腹式进气涡桨发动机1进气畸变试验的需求。而且本实施例中通过上述函数关系曲线可以快速计算出某一要求综合畸变指数下的扰流板5插入的深度H，为正式发动机畸变试验在不同综合畸变指数条件下的扰流板5插入深度的预先设置提供数据支撑，避免因深度设置的数值与理想深度值偏离过大导致发动机喘振而对发动机的安全造成影响。
本实施例中第一限位面、第二限位面对应的气流通道截面均采用与涡桨发动机1进口截面相适应的异形（“心”形）变截面流道设计，能够有效保证进气流道截面变化的连续性，消除因进气流道截面变化的不连续性额外产生的流场畸变对发动机进口截面的畸变指数评定的影响。
本实施例中的壳体4为伸缩杆6外壁与壳体4开口接触处可通过硅橡胶进行软连接密封，并预留了一定安装间隙，提高了畸变流场扰动装置的可调节性。此外本实施例中的壳体4部容腔在满足扰流板5的活动与安装的同时应尽可能地薄且小，以减小壳体4部容腔对进气流量管中气流产生影响，防止因壳体4内部的容腔效应导致发动机进口截面畸变指数的调节功能失效的问题。
本实施例中还包括测距机构7，测距机构7用于测量扰流板5的位移。如扰流板5或伸缩杆6上安装位移传感器，利用位移传感器来测量扰流板5的位置和位移量，进一步保证涡桨发动机1进口截面畸变指数的精准调节。可通过通讯模块将位移传感器采集的扰流板5位置及位移信号传递至控制平台，控制平台可根据扰流板5的位置、位移信号以及需要调节的发动机进口截面畸变指数等，控制伸缩杆6的驱动机构，使扰流板5的位置或位移信号与需要的畸变指数相匹配，满足下腹式进气涡桨发动机1进气畸变试验的需求。
本实施例中的壳体4内在与扰流板5接触的位置设置有导向槽8，扰流板5边缘设置有安装槽，安装槽内设置有可与导向槽8内壁接触的滚柱9，所述扰流板5上设置有可将滚柱9限位在安装槽内的盖板10，所述盖板10上开设有可供滚柱9侧壁与导向槽8接触的穿孔。扰流板5上与导向槽8接触的两侧面开设若干安装槽，安装槽为半圆弧形凹槽，并通过盖板10将若干调质的后光滑滚柱9限制在凹槽内，盖板10上带有可使滚柱9侧壁伸出安装槽并与导向槽8内侧壁接触的槽，使得扰流板5在导向槽8内的伸缩滑动更加顺畅，不容易产生位置卡死的现象；盖板10可采用螺钉或其他固定结构固定，防止盖板10松动使盖板10或滚柱9进入畸变流场扰动装置内流道对涡桨发动机1造成安全隐患的问题。
本实施例中第一限位面与第二限位面之间还设置有可对扰流板5位置进行限位的限位块11；限位块11通过焊接的方式第一限位面或第二限位面形成整体部件，用于通过与扰流板5自由端接触以限制扰流板5的最大行程，防止扰流板5位移超过最大行程影响畸变试验时涡桨发动机1安全。
第一限位面对应的壳体4外壁通过法兰组件与第一管段2连通，所述法兰组件包括相互配合连接的第一法兰安装盘12和第二法兰安装盘13，所述第一法兰安装盘12固定于壳体4上，所述第二法兰安装盘13固定于第一管段2上；所述第一法兰安装盘12与所述第二法兰安装盘13连接处设置有密封组件。通过第一法兰安装盘12、第二法兰安装盘13实现壳体4内的第一限位面气流通道与第一管段2的气流通道可拆卸连接，便于扰动装置的拆装与维修，密封组件的设置可以保证扰动装置的气密性能。
本实施例中的密封组件包括柔性密封环14和金属压环15，所述柔性密封环14安装于所述金属压环15的内壁；所述金属压环15固定于第一法兰安装盘12和第二法兰安装盘13上，用于使柔性密封环14内壁与所述第一法兰安装盘12的侧壁及第二法兰安装盘13的侧壁贴合固定。第一限位面气流通道处的第一法兰安装盘12与第一管段2上的第二法兰安装盘13之间采用柔性密封环14密封固定，保证气密性能的同时，可以保证第一法兰安装盘12与第二法兰安装盘13之间具有一定的间隙，实现壳体4与第一管段2之间的软连接，提高了畸变流场扰动装置的可调节性，而且还隔绝了进气流量管与涡桨发动机1之间的力和振动传递，尤其是在通过控制扰流板5伸缩调整气流流通截面面积进行发动机进口截面畸变指数调节时，有效保证进口截面畸变指数调节过程中引起的壳体4振动不会传递至涡桨发动机1，保障了畸变试验时涡桨发动机1的运行安全。
本实施例中的扰流板5插入端采用柔性壁面结构，柔性壁面结构通过设置若干收缩驱动杆来控制其型面形状，通过试验前设置不同的柔性壁面结构的型面，相比于固定的扰流板插入端型面（常规为直线型面），可以实现不同畸变特性下的插板深度与综合畸变指数之间的变化规律关系研究。
以上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 (7)
1.一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，其特征在于，包括：
进气流量管，所述进气流量管包括第一管段(2)和第二管段(3)，所述第一管段(2)与涡桨发动机(1)进气口连通，所述第二管段(3)与前室出口连通，所述第一管段(2)和第二管段(3)连接处均为心形截面，所述心形截面由一个底圆弧、对称设置于底圆弧上的两个侧圆弧以及连接两个侧圆弧的直线段合围形成；
壳体(4)，所述壳体(4)设置于第一管段(2)和第二管段(3)之间，所述壳体(4)设置有第一限位面和第二限位面，所述第一限位面与所述第二限位面相互平行；所述第一限位面对应的壳体(4)外壁设置有与第一管段(2)连通的气流通道，所述第二限位面对应的壳体(4)外壁设置有与第二管段(3)连通的气流通道；
扰流板(5)，所述扰流板(5)设置于所述第一限位面与所述第二限位面之间，用于通过伸缩改变第一管段(2)与第二管段(3)之间心形截面的流通面积，所述壳体(4)上设置有开口，所述开口内插设有伸缩杆(6)，所述伸缩杆(6)端头与扰流板(5)固定连接，所述壳体(4)开口处与所述伸缩杆(6)外壁之间活动密封；
在第一管段(2)与第二管段(3)之间的心形截面上建立平面直角坐标系，试验时扰流板的插入深度H根据联立求解获得，其中，/>为扰流板(5)插入心形截面后的流通面积，/>为扰流板(5)插入端的形状曲线，为以H和/>为自变量的函数，/>为心形截面面积，/>为心形截面底圆弧的半径，/>为扰流板(5)边缘与心形截面边缘接触点之间的距离，/>为微分，/>为要求达到的综合畸变指数，/> 、/> 、/> 、/>均为常数。
2.根据权利要求1所述的一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，其特征在于，还包括测距机构(7)，所述测距机构(7)用于测量扰流板(5)的位移。
3.根据权利要求1所述的一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，其特征在于，所述壳体(4)内在与扰流板(5)接触的位置设置有导向槽(8)，所述扰流板(5)边缘设置有安装槽，所述安装槽内设置有可与导向槽(8)内壁接触的滚柱(9)，所述扰流板(5)上设置有可将滚柱(9)限位在安装槽内的盖板(10)，所述盖板(10)上开设有可供滚柱(9)侧壁与导向槽(8)接触的穿孔。
4.根据权利要求1所述的一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，其特征在于，所述第一限位面与所述第二限位面之间还设置有可对扰流板(5)位置进行限位的限位块(11)。
5.根据权利要求1所述的一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，其特征在于，所述第一限位面对应的壳体(4)外壁通过法兰组件与第一管段(2)连通，所述法兰组件包括相互配合连接的第一法兰安装盘(12)和第二法兰安装盘(13)，所述第一法兰安装盘(12)固定于壳体(4)上，所述第二法兰安装盘(13)固定于第一管段(2)上；所述第一法兰安装盘(12)与所述第二法兰安装盘(13)连接处设置有密封组件。
6.根据权利要求5所述的一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，其特征在于，所述密封组件包括柔性密封环(14)和金属压环(15)，所述柔性密封环(14)安装于所述金属压环(15)的内壁；所述金属压环(15)固定于第一法兰安装盘(12)和第二法兰安装盘(13)上，用于使柔性密封环(14)内壁与所述第一法兰安装盘(12)的侧壁及第二法兰安装盘(13)的侧壁贴合固定。
7.根据权利要求5所述的一种径斜式异形截面畸变流场扰动装置，其特征在于，所述扰流板插入端采用柔性壁面结构，所述柔性壁面结构通过设置若干收缩驱动杆来控制其型面形状。
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| CN116448437A (zh) | 2023-07-18 |
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