CN210221449U

CN210221449U - 基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置

Info

Publication number: CN210221449U
Application number: CN201921508931.7U
Authority: CN
Inventors: Peng Li; 李鹏; Jun Ji; 季军; Dapeng Guo; 郭大鹏; Xiangdong Deng; 邓祥东; Xiaoyu Song; 宋孝宇
Original assignee: AVIC Shenyang Aerodynamics Research Institute
Current assignee: AVIC Shenyang Aerodynamics Research Institute
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2020-03-31
Anticipated expiration: 2029-09-11

Abstract

基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，属于飞行器内流阻力测量试验技术领域，解决了内阻测量试验中同步进行高压供气和气动力测量时高压管路对天平测量的干扰影响问题。技术要点：包括：波纹管天平系统、整流装置、测量段和连接段；通气模型的待测件入口部分与连接段连接，波纹管天平系统的固定端供气管与地面台架供气管路出口连接，波纹管天平系统的测量端供气管与连接段连接；整流段装置和测量段均布置在连接段上，整流装置布置在测量段之前，测量段的布置靠近待测件的入口，整流装置包括一个孔板和一个蜂窝器；测量段上布置一个总压测量耙和一个总温测量点，本实用新型能够在不干扰内流管路流动的情况下精确获得待测参数。

Description

基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种飞行器内流阻力测量装置，具体涉及一种基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，属于飞行器内流阻力测量试验技术领域。

背景技术

对于采用涡扇发动机的民机或运输机飞机而言，设计早期就要对进排气系统外形进行优化设计，为了提高设计效率并降低设计成本，工程上进排气系统外形的优化和选型都不考虑动力影响。通常将带进气道飞机器测力模型的进气道入口用一个堵锥堵住，做成不通气的。显然，这样测得的气动力系数与通气的模型是有差异的，虽然专门的进气道试验能精确地模拟进气道和进气口的绕流，能测量进气道的压力恢复和总压畸变情况，但进气对飞行器部件的气动干扰无法测得，而通气模型试验则可以真实模拟进气口形状和绕流状态，能正确得到进气对飞行器各部件的干扰量。因此通过专门的通气模型试验，可以获得与真实飞行器飞行时进气流态相似的风洞模型试验数据。

在通气模型中，内流道产生了一定量的阻力，但在飞机的阻力构成中，内流道内部壁面产生的阻力是不计入全机气动阻力里的，在进行全机升阻特性分析时就应该扣除这部分阻力。关于内流道阻力的测量方法，目前国内对通气模型内阻修正仍主要采取在模型尾支杆安装外部测压耙的方式测量喷管出口总、静压，进而换算成内流道阻力。但是该方法存在以下缺陷：耙体对模型底部流动有影响，进而影响前体阻力；模型底部流动复杂，影响耙体的测量，使内阻的精度受到影响。因此，有必要研究一种新测量装置，以解决内阻测量试验中同步进行高压供气和气动力测量时高压管路对天平测量的干扰影响问题，减少内阻测量对模型底部流动的影响，同时提高内流阻力测量的精度。

实用新型内容

在下文中给出了关于本实用新型的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本实用新型为了解决内阻测量试验中同步进行高压供气和气动力测量时高压管路对天平测量的干扰影响问题，进而设计了一种基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置。

基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，包括波纹管天平系统、整流装置、测量段和连接段；通气模型的待测件入口部分与连接段连接，波纹管天平系统的固定端供气管与地面台架供气管路出口连接，波纹管天平系统的测量端供气管与连接段连接；整流段装置和测量段均布置在连接段上，整流装置布置在测量段之前，测量段的布置靠近待测件的入口，整流装置包括一个孔板和一个蜂窝器；测量段上布置一个总压测量耙和一个总温测量点。

所述连接段，在一定尺寸范围内匹配不同规格不同类型的待测件，保证气流光顺的进入所述待测件。

所述测量段，布置在待测件入口前，为一段等直管路，其上布置总压测量耙和总温测点，用于反馈控制及精确测量待测件入口参数。

所述整流装置包括孔板和蜂窝器，整流装置位于测量段之前，用于对来流进行整流，保证来流流场的均匀性与测量段测试数据的可靠性。

所述波纹管天平系统为一种天平内嵌式波纹管系统，位于整流装置之前，用于当所述待测件达到目标试验条件下，精确测量所述待测件的推力。

进一步地：所述波纹管天平系统包括杆式应变天平与波纹管组件；

所述杆式应变天平安装在波纹管组件内部，杆式应变天平包括由前至后依次连接的固定端、应变梁和测量端，应变分量为单分量或多分量，杆式应变天平的固定端及测量端与波纹管组件之间采用锥连接或法兰连接。

进一步地：所述波纹管组件包括固定端供气管、环向喷嘴、弹性元件、波纹管外套筒、测量端供气管及整流锥；

所述波纹管组件的固定端供气管为环缝管路设计，前端与供气管路连接，内侧与杆式应变天平的固定端连接，其轴线与杆式应变天平轴线、供气入口轴线一致；

所述波纹管组件的固定端供气管轴向末端设计有周向均布的环向喷管，环向喷嘴与固定端供气管之间通过螺纹连接，喷嘴方向与固定端供气管轴线正交，用于抵消冲量作用；

所述波纹管组件的弹性元件采用金属波纹管形式，其一端连接在固定端供气管，另一端连接波纹管外套筒，用于密封高压气体且能保证固定端和测量端存在一定范围的多自由度活动能力，消除波纹管外套筒和固定端供气管之间的干扰；所述波纹管组件的测量端供气管一端与波纹管外套筒和弹性元件连接，另一端与连接段连接，整流锥与波纹管外套筒连接，整流锥对由喷嘴喷出的高压气流起到了整流作用。

进一步地：所述波纹管组件的弹性元件设计为同轴且左右对称结构，进一步减小了波纹管外套筒和固定端供气管之间的干扰。

进一步地：所述波纹管组件的波纹管外套筒作为杆式应变天平测量段的延伸，上面设计有环向均匀的通气孔，通气孔分布与固定端供气管上的环向喷嘴保持一致。

所述波纹管天平系统最终形成了依次经固定端供气管，环向喷嘴，弹性元件，波纹管外套筒，测量端供气管，整流锥实现了由天平固定端向天平测量端供气，且通过弹性元件消除了供气管路的干扰，通过整流锥对气流进行了整流。

杆式应变天平的固定端、固定端供气管、弹性元件的固定端是固定连接在一起的，组成了波纹管天平系统固定端组件。

杆式应变天平的测量端、波纹管外套筒、弹性元件测量端、整流锥是固定连接在一起的，组成了波纹管天平系统测量端组件。

本实用新型所达到的效果为：

1)测量装置均放置在内流管路入口前，且设计了整流装置，对流动干扰小；

2)波纹管天平系统在设计上采用环向喷嘴消除入口流动冲量，采用天平内嵌式同轴布局降低波纹管对天平系统的影响；

3)波纹管组件的整流锥对由喷嘴喷出的高压气流起到了整流作用；

4)波纹管天平系统的弹性元件采用双弹性元件减小供气管路对天平测量的干扰，实现了同时进行高压供气和高精度测量待测件气动力，保证了内流管道出口动量测量的准确性；

5)弹性元件采用金属波纹管膜片，其在满足刚度、承压以及寿命等要求下是足够柔软的，即保证了天平测量端组件相对于天平固定端组件具有一定的六自由度活动范围，同时金属波纹管膜片在受压力及载荷情况下抗变形能力较好，由此带来的附加干扰量较小。

附图说明

图1是本实用新型待测件内流阻力精确测量整体方案示意图；

图2是波纹管天平系统示意图。

图中具体标号为：1.待测件，2.连接段，3.测量段，4.整流装置，5.波纹管天平系统，6.高压气流进气口，7.杆式应变天平，8.固定端供气管，9.环向喷嘴，10.弹性元件，11.波纹管外套筒，12.测量端供气管，13.整流锥。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本实用新型的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本实用新型公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本实用新型中所述的“内、外”的含义指的是相对于设备本身而言，指向设备内部的方向为内，反之为外，而非对本实用新型的装置机构的特定限定。

本实用新型中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右，而非对本实用新型的装置机构的特定限定。

本实用新型中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与根据本实用新型的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。下面根据附图详细阐述本实用新型优选的实施方式。

实施例1：结合图1-图2，对本实施例的基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，具体阐述为：

包括波纹管天平系统5、整流装置4、测量段3和连接段2；

通气模型的待测件1入口部分与连接段2连接，波纹管天平系统5的固定端供气管8与地面台架供气管路出口连接，波纹管天平系统5的测量端供气管12与连接段2连接；整流段装置4和测量段3均布置在连接段2上，整流装置4布置在测量段3之前，测量段3的布置靠近待测件1的入口。

更具体地：整流装置4包括一个孔板和一个蜂窝器。

更具体地：测量段3上布置一个总压测量耙和一个总温测量点。

更具体地：波纹管天平系统5是本测量装置的核心部件，杆式应变天平7安装在系统内部，杆式应变天平7固定端与固定端供气管8连接，测量端与波纹管外套筒11连接，弹性元件10安装在系统外部，弹性元件10固定端与固定端供气管8连接，测量端与波纹管外套筒11连接。杆式应变天平7，固定端供气管8，弹性元件10，波纹管外套筒11轴线保持同轴。在固定端供气管8末端设计有环向分布的环向喷嘴9，环向喷嘴9轴线位于左右弹性元件10的对称面内且与固定端供气管8轴线相交。测量端供气管12与波纹管外套筒11连接，即与杆式应变天平7测量端和弹性元件10测量端相连接。最后整流锥13与波纹管外套筒11连接，对从环向喷嘴9喷出进入测量端供气管12的气流进行整流。更具体地：弹性元件10将整个波纹管天平系统5分为了两个部分，一部分与杆式应变天平7测量端相连接(将它们整体定义为天平测量端组件)，另一部分与杆式应变天平7固定端相连接(将它们整体定义为天平固定端组件)，来实现波纹管对天平测量的影响最小化。

更具体地：弹性元件10采用金属波纹管膜片，其在满足刚度、承压以及寿命等要求下是足够柔软的，即保证了天平测量端组件相对于天平固定端组件具有一定的六自由度活动范围，同时金属波纹管膜片在受压力及载荷情况下抗变形能力较好，由此带来的附加干扰量较小。

采用本实施例的基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置进行测量的具体方法为：

试验时，由地面台架提供高压气供给，通过测量段3布置的总压测量耙实时反馈调节到目标试验状态，待流场稳定后，由总压测量耙及总温测量点采集得到待测件1的入口总压P₀及总温T_t。同时，在同一时刻，通过台架的高精度流量计采集得到待测件1在当前试验状态下的实测流量m_测。

在判稳条件下，发送命令控制波纹管天平系统5采集当前试验状态下待测件1的实时气动力，并通过波纹管天平系统5的校准数据修正得到待测件1的实时推力F_g。

对所获得的待测件1的入口总压P₀、总温T_t、实测流量m_测、实时推力F_g进行处理，通过以下公式计算得到：

内阻

式中：m_测为内流道实测流量，V_∞为内流道入口速度，V_e为内流道出口速度，p_e为内流道出口压力，p_∞为出口环境压力，A_e为内流道出口面积，F_i为内流道理想等熵推力，F_g为内流道实测推力，R为气体常数，k为比热比，T_t为实测入口总温，P₀为实测入口总压，P_∞为环境压力。

上述压力、温度、天平力的采集均为试验状态判稳区间内一段时间的平均，提高采集数据的精准度与可靠性。

以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的范围。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，其特征在于，包括：波纹管天平系统、整流装置、测量段和连接段；通气模型的待测件入口部分与连接段连接，波纹管天平系统的固定端供气管与地面台架供气管路出口连接，波纹管天平系统的测量端供气管与连接段连接；整流段装置和测量段均布置在连接段上，整流装置布置在测量段之前，测量段的布置靠近待测件的入口，整流装置包括一个孔板和一个蜂窝器；测量段上布置一个总压测量耙和一个总温测量点。

2.根据权利要求1所述基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，其特征在于，所述波纹管天平系统包括杆式应变天平与波纹管组件；所述杆式应变天平安装在波纹管组件内部，杆式应变天平包括由前至后依次连接的固定端、应变梁和测量端，应变分量为单分量或多分量，杆式应变天平的固定端及测量端与波纹管组件之间采用锥连接或法兰连接。

3.根据权利要求2所述基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，其特征在于，所述波纹管组件包括固定端供气管、环向喷嘴、弹性元件、波纹管外套筒、测量端供气管及整流锥；所述波纹管组件的固定端供气管的前端与供气管路连接，内侧与杆式应变天平的固定端连接；所述波纹管组件的固定端供气管轴向末端设计有周向均布的环向喷管，环向喷嘴方向与固定端供气管轴线正交；所述波纹管组件的弹性元件一端连接在固定端供气管，另一端连接波纹管外套筒；所述波纹管组件的测量端供气管一端与波纹管外套筒和弹性元件连接，另一端与连接段连接，整流锥与波纹管外套筒连接。

4.根据权利要求3所述基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，其特征在于，所述波纹管组件的固定端供气管为环缝管路设计，其轴线与杆式应变天平轴线、供气入口轴线一致；波纹管组件的弹性元件采用金属波纹管形式。

5.根据权利要求4所述基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，其特征在于，所述波纹管组件的弹性元件设计为同轴且左右对称结构。

6.根据权利要求5所述基于波纹管天平系统的内流阻力测量装置，其特征在于，所述波纹管组件的波纹管外套筒作为杆式应变天平测量段的延伸，上面设计有环向均匀的通气孔，通气孔分布与固定端供气管上的环向喷嘴保持一致。