CN114813156A - 一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置及方法，属于航空发动机试验装置领域，包括：发动机保温罩，呈箱体状结构并用于放置待测试发动机，发动机保温罩具有保温罩第一入口和保温罩第二入口；前室，设置有前室入口、前室第一出口和前室第二出口，前室入口与进气管路连接；主流进气管路，一端与前室第一出口连接，主流进气管路的另一端穿过保温罩第一入口并与待测试发动机的入口连通，主流进气管路上设置有主流进气调节阀；保温供气主管路，一端与前室第二出口连接，保温供气主管路的另一端与保温罩第二入口连接。本发明能够防止发动机带来风车转速，确保发动机转子静止。

Description

一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置及方法

技术领域

本发明涉及航空发动机试验装置技术领域，具体涉及一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置及方法。

背景技术

目前，国内外进行航空发动机高低温起动试验的手段主要有：

（1）真实地面环境试验，可随飞机转场进行飞行试验或者在具有极端气候条件的地面试车台进行；

（2）高低温起动实验室进行试验，试验在一间保温较好的房间内进行；

（3）高空台进行高低温起动试验。

考虑到真实地面环境效率低、经济型差，目前国内没有高低温起动试验室，结合高空台自身独特的优势，有供抽气设备，能有效地满足发动机高低温起动对高低温空气的需求，所以现阶段高空台进行高低温起动试验是高效有利的。

但高空台空间受限，冷热浸试验装置如果设计不合理，不但导致发动机考核不达标，也会增加试验装置安装时间，提高试验成本。另外考虑到高空台试验能耗问题，冷冻时间太久会增加试验成本。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置及方法，以达到提高发动机热浸和冷浸效率的目的。

本说明书实施例提供以下技术方案：一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，包括：发动机保温罩，呈箱体状结构并用于放置待测试发动机，发动机保温罩具有保温罩第一入口和保温罩第二入口；前室，设置有前室入口、前室第一出口和前室第二出口，前室入口与进气管路连接；主流进气管路，一端与前室第一出口连接，主流进气管路的另一端穿过保温罩第一入口并与待测试发动机的入口连通，主流进气管路上设置有主流进气调节阀；保温供气主管路，一端与前室第二出口连接，保温供气主管路的另一端与保温罩第二入口连接。

进一步地，用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置还包括集气箱，主流进气管路的另一端与集气箱的入口连接，集气箱的第一出口穿过保温罩第一入口与待测试发动机进口连接。

进一步地，用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置还包括主流进气放气装置，与集气箱的第二出口连接。

进一步地，保温供气主管路上设置有保温供气截止阀，保温供气截止阀位于靠近前室的一端。

进一步地，保温供气主管路上设置有保温干燥供气管路，保温干燥供气管路的一端与干燥气源连接，保温干燥供气管路的另一端设置在保温供气截止阀与保温罩第二入口之间。

进一步地，发动机保温罩呈矩形箱体状，发动机保温罩的侧壁上设置有多个温度测点孔和多个压力测点孔。

进一步地，发动机保温罩的顶壁上开设有保温罩第二入口和测试电气管线开孔。

进一步地，发动机保温罩的两个相对侧壁上分别设置有发动机输出轴开孔和发动机喷管开孔。

进一步地，发动机保温罩的另外两个相对侧壁中的一个侧壁上设置有保温罩第一入口，另一个侧壁上设置有观察口。

进一步地，发动机保温罩的顶壁、底壁和侧壁均能够采用至少两块拼板单元拼接而成，位于同一顶壁、底壁或者侧壁的相邻拼板单元通过插接定位配合并采用褡裢固定连接。

本发明还提供了一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验方法，包括以下步骤：

步骤一、将主流进气调节阀的阀位调节至30%至40%开度，将保温供气截止阀和主流进气放气装置全开；

步骤二、调节前室进气压力比集气箱总压高5 kpa至10kpa，并在调节时保持Pt=Ph等冲压状态，其中Pt为集气箱总压，Ph为舱内静压；

步骤三、当待测试发动机的滑油温度达到设定温度时，控制集气箱压力和舱压在3kPa～5kPa之内，开始计时热浸或冷浸设定时间；

步骤四、调节主流进气调节阀至20%至30%阀位开度，将进气温度调节至设定温度；

步骤五、将主流进气调节阀全开，将主流进气放气装置的排气阀和保温供气截止阀关闭，采用保温干燥供气管路进行供气；

步骤六、调节进排气为等冲压，起动发动机，完成高低温起动试验。

与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：在主流进气管路设置主流进气调节阀，可保证发动机进口流场品质，满足发动机高空进气模拟的要求，通过主流进气调节阀可带来5kPa～10kPa流阻，防止保温供气主管路调节时给发动机带来风车转速，确保发动机转子静止。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例的整体结构示意图；

图2是本发明发动机保温罩的第一视角的三维结构示意图；

图3是本发明发动机保温罩的第二视角的三维结构示意图；

图4是本发明发动机保温罩的第三视角的三维结构示意图。

图中附图标记：1、前室；2、主流进气调节阀；3、主流进气管路；4、集气箱；5、主流进气放气装置；6、保温供气截止阀；7、保温干燥供气管路；8、保温供气主管路；9、发动机保温罩；91、温度测点孔；92、压力测点孔；93、测试电气管线开孔；94、发动机输出轴开孔；95、发动机喷管开孔；96、保温罩第一入口；97、保温罩第二入口；98、观察口；99、搭扣。

具体实施方式

下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图4所示，本发明实施例提供了一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，包括发动机保温罩9、前室1、主流进气管路3和保温供气主管路8。发动机保温罩9呈箱体状结构并用于放置待测试发动机，发动机保温罩9具有保温罩第一入口96和保温罩第二入口97；前室1设置有前室入口、前室第一出口和前室第二出口，前室入口与进气管路连接；主流进气管路3的一端与前室第一出口连接，主流进气管路3的另一端穿过保温罩第一入口96并与待测试发动机的入口连通，主流进气管路3上设置有主流进气调节阀2；保温供气主管路8的一端与前室第二出口连接，保温供气主管路8的另一端与保温罩第二入口97连接。

在主流进气管路3设置主流进气调节阀2，可保证发动机进口流场品质，满足发动机高空进气模拟的要求，通过主流进气调节阀2可带来5kPa～10kPa流阻，防止保温供气主管路8调节时给发动机带来风车转速，确保发动机转子静止。

用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置还包括集气箱4，主流进气管路3的另一端与集气箱4的入口连接，集气箱4的第一出口穿过保温罩第一入口96并与待测试发动机的入口连通。

设置集气箱4可以连接主流进气管路3的另一端与保温罩第一入口96，从而实现对进入待测发动机进气口的气体进行稳压的目的，以满足实验需求。

优选地，用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置还包括主流进气放气装置5，与集气箱4的第二出口连接。通过设置主流进气放气装置5可以根据需要对集气箱4进行放气，以保证发动机进口温度满足模拟要求。

工作时：高空舱供气管网将气流供入前室1，通过主流进气调节阀2调节供气管路流阻将气流供入主流进气管路3和集气箱4，主流进气管路3上带有流量测量装置（通过测量总压、静压以及总温进行流量计算），安装于主流进气调节阀2和集气箱4之间，集气箱4内带有格网用于整流，整流后的气体进入发动机。主流进气放气装置5主要是在冷热浸过程中保持发动机进口前的温度，来保证发动机进口温度满足模拟要求。

如图1所示，保温供气主管路8上设置有保温供气截止阀6，保温供气截止阀6位于靠近前室1的一端。保温供气截止阀6主要用于阻隔气流，防止发动机在热浸和冷浸过程中产生风车转速。结合发动机冷热浸空气流量需求，保温供气截止阀6采用DN150球阀，通过电装控制，接入台架PLC控制系统，通过远程调控。该保温供气截止阀6安装于保温供气主管路8之前，防止试验时，保温供气主管路8气体倒流进入前室1。

需要说明的是，保温供气主管路8主要将前室1高温或低温气体引入发动机保温罩9，用于发动机冷浸和热浸。

保温供气主管路8上设置有保温干燥供气管路7，保温干燥供气管路7的一端与干燥气源连接，保温干燥供气管路7的另一端设置在保温供气截止阀6与保温罩第二入口97之间。保温干燥供气管路7主要是在发动机运转过程中供入10℃左右的干燥气，用于冷却发动机外表面，防止发动机保温罩9内传感器以及其它管路超温。

如图2至图4所示，发动机保温罩9呈矩形箱体状，采用304钢板加工，钢板中间采用骨架设计，骨架为3*5mm,骨架间填充5mm厚保温材料（陶瓷纤维板），起到保温、隔热和挡火的作用。

本实施例中的发动机保温罩9的侧壁上设置有多个温度测点孔91和多个压力测点孔92。本实施例中设置温度测点孔91共6处，压力测点孔92共2处，上述多个温度测点孔91和多个压力测点孔92用于监测保温空气温度和压力。

优选地，发动机保温罩9的顶壁上开设有保温罩第二入口97和测试电气管线开孔93，以穿过测试电气管线以及保温供气主管路8。

发动机保温罩9的两个相对侧壁上分别设置有发动机输出轴开孔94和发动机喷管开孔95。发动机输出轴开孔94用于穿设发动机的联轴器，发动机喷管开孔95用于穿过喷管。

本实施例中发动机保温罩9的另外两个相对侧壁中的一个侧壁上设置有保温罩第一入口96，另一个侧壁上设置有观察口98和台架燃油管路孔，观察口98采用透明亚克力板封闭，方便观察发动机滑油液位。台架燃油管路孔用于穿设台架燃油管路。

发动机保温罩9的顶壁、底壁和侧壁均能够采用至少两块拼板单元拼接而成，位于同一顶壁、底壁或者侧壁的相邻拼板单元通过插接定位配合并采用搭扣99固定连接。相邻拼板单元的侧板分割面铣有凹槽和凸台方便定位，顶壁、底壁和侧壁的连接均采用螺栓连接方式，优选采用M5螺栓连接。

本发明实施例涡轴发动机高空台试验冷热浸试验装置已在发动机高低温起动试验、发动机燃油结冰试验、发动机放热和滑油冷却试验等多项试验中得到应用。

本发明实施例具有以下有益效果：

1、发动机主进气装置设计可保证发动机进口流场品质，满足发动机高空进气模拟的要求，通过主流进气调节阀可带来5kPa～10kPa流阻，防止保温供气管路调节时给发动机带来风车转速，确保发动机转子静止。

2、保温供气管路可实现前室供气气流和干燥气的切换，确保发动机试验安全。

3、保温罩实现了对发动机冷浸和热浸透功能，并采用了模块式的设计及快速连接结构，节约了工艺拆装时间，现场只需要一个工人就可完成拆卸及安装，节约了时间和劳动力，提升了试验效率。

4、进气采用流阻式的设计，可不用起动发动机，便将进气和保温温度调节至考核温度，降低了试验的风险。结构均采用模块式的设计，方便在受限的高空舱内进行拆装，节约了人力成本，提高了试验效率。

本发明实施例还提供了一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一、将主流进气调节阀2的阀位调节至30%至40%开度，将保温供气截止阀6和主流进气放气装置5全开；

步骤二、调节前室1进气压力比集气箱4总压高5kpa至10kpa，并在调节时保持Pt=Ph等冲压状态，其中Pt为集气箱总压，Ph为舱内静压；

步骤三、当待测试发动机的滑油温度达到设定温度时，控制集气箱4压力和舱压在3 kPa～5kPa之内，开始计时热浸或冷浸设定时间；

步骤四、调节主流进气调节阀2至20%至30%阀位开度，将进气温度调节至设定温度；

步骤五、将主流进气调节阀2全开，将主流进气放气装置5的排气阀和保温供气截止阀6关闭，采用保温干燥供气管路7进行供气；

步骤六、调节进排气为等冲压，起动发动机，完成高低温起动试验。

上述方法能够达到的有益效果如下：通过采用发动机主流进气装置和主流进气调节阀带来的压力损失，大约5kPa～10 kPa左右，将主流进气调节阀不全关（开度20%至30%阀位），主流进气放气装置全开，提高前室供气压力，使保温罩内引入低温或高温气，此时发动机可保持转子静止。这样就可以在不起动发动机的情况下，可将发动机进气温度调整至考核要求，同时保温罩内气体可持续对发动机进行冷却，达到保温效果，提高冷热浸效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (11)

1.一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，包括：

发动机保温罩（9），呈箱体状结构并用于放置待测试发动机，发动机保温罩（9）具有保温罩第一入口（96）和保温罩第二入口（97）；

前室（1），设置有前室入口、前室第一出口和前室第二出口，所述前室入口与进气管路连接；

主流进气管路（3），一端与所述前室第一出口连接，主流进气管路（3）的另一端穿过保温罩第一入口（96）并与所述待测试发动机的入口连通，主流进气管路（3）上设置有主流进气调节阀（2）；

保温供气主管路（8），一端与所述前室第二出口连接，保温供气主管路（8）的另一端与保温罩第二入口（97）连接。

2.根据权利要求1所述的用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，所述用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置还包括集气箱（4），主流进气管路（3）的另一端与集气箱（4）的入口连接，集气箱（4）的第一出口穿过保温罩第一入口（96）与待测试发动机的入口连接。

3.根据权利要求2所述的用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，所述用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置还包括主流进气放气装置（5），与集气箱（4）的第二出口连接。

4.根据权利要求1所述的用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，保温供气主管路（8）上设置有保温供气截止阀（6），保温供气截止阀（6）位于靠近前室（1）的一端。

5.根据权利要求4所述的用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，保温供气主管路（8）上设置有保温干燥供气管路（7），保温干燥供气管路（7）的一端与干燥气源连接，保温干燥供气管路（7）的另一端设置在保温供气截止阀（6）与保温罩第二入口（97）之间。

6.根据权利要求1所述的用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，发动机保温罩（9）呈矩形箱体状，发动机保温罩（9）的侧壁上设置有多个温度测点孔（91）和多个压力测点孔（92）。

7.根据权利要求6所述的用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，发动机保温罩（9）的顶壁上开设有保温罩第二入口（97）和测试电气管线开孔（93）。

8.根据权利要求6所述的用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，发动机保温罩（9）的两个相对侧壁上分别设置有发动机输出轴开孔（94）和发动机喷管开孔（95）。

9.根据权利要求6所述的用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，发动机保温罩（9）的另外两个相对侧壁中的一个所述侧壁上设置有保温罩第一入口（96），另一个所述侧壁上设置有观察口（98）。

10.根据权利要求6所述的用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验装置，其特征在于，发动机保温罩（9）的顶壁、底壁和侧壁均能够采用至少两块拼板单元拼接而成，位于同一所述顶壁、所述底壁或者所述侧壁的相邻所述拼板单元通过插接定位配合并采用搭扣（99）固定连接。

11.一种用于涡轴发动机的高空试验台冷热浸试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将主流进气调节阀（2）的阀位调节至30%至40%开度，将保温供气截止阀（6）和主流进气放气装置（5）全开；

步骤二、调节前室（1）进气压力比集气箱（4）总压高5kpa至10kpa，并在调节时保持Pt=Ph等冲压状态，其中Pt为集气箱总压，Ph为舱内静压；

步骤三、当待测试发动机的滑油温度达到设定温度时，控制集气箱（4）压力和舱压在3kPa～5kPa之内，开始计时热浸或冷浸设定时间；

步骤四、调节主流进气调节阀（2）至20%至30%阀位开度，将发动机进气温度调节至设定温度；

步骤五、将主流进气调节阀（2）全开，将主流进气放气装置（5）的排气阀和保温供气截止阀（6）关闭，采用保温干燥供气管路（7）进行供气；

步骤六、调节前室（1）供气压力，使集气箱（4）的压力和舱压相等，起动发动机，完成高低温起动试验。

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