一种进发排系统地面滑车动态试验发动机推力确定方法与流程

1.本技术属于发动机试验技术领域，特别涉及一种进发排系统地面滑车动态试验发动机推力确定方法。


背景技术：

2.进发排系统地面滑车动态试验是将进发排系统、飞行器机体有关部分及整流罩整体安装于滑车车架上，在被试发动机的推力作用下滑车沿高精度地面滑轨滑跑，以获取进发排系统在地面滑跑状态下的进发排匹配特性的试验。试验的前一段时间内，发动机转速状态维持不变，整个滑车在发动机推力作用下克服滑车所受摩擦力和气动力而加速运行，在这一过程内，随着滑车运行速度的不断增大，滑车所受摩擦力、气动力、进发排系统推力均在变化。进发排系统瞬态推力特性的精确解算成为地面滑车动态试验面临的一项技术难题。
3.传统的推力销测量推力方法在发动机试车台试验中广泛应用，但对于进发排系统地面滑车动态试验，不再适用。原因是进发排系统地面滑车动态试验过程中滑车始终具有一定加速度，在这种状态下加速度对推力销应变存在较大影响，而传统的推力销测量推力方法未考虑加速度对推力销应变的影响。为了精确获得加速状态下进发排系统的瞬态推力特性，必须发展充分考虑加速度对推力销应变影响的推力解算方法。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本技术提供了一种进发排系统地面滑车动态试验发动机推力确定方法，主要包括：
5.步骤s1、获取整个滑车的摩擦力、气动力及惯性力；
6.步骤s2、根据所述滑车的摩擦力、气动力、惯性力及推力之间的平衡关系，确定发动机第一推力；
7.步骤s3、获取进气道与发动机之间，及喷管与发动机之间的支反力；
8.步骤s4、根据部件所受支反力、内流作用力及惯性力之间的平衡关系，确定内流作用力，并将其作为发动机第二推力；
9.步骤s5、根据所述发动机第一推力、发动机第二推力的加权系数加权确定发动机最终推力。
10.优选的是，步骤s1中，所述摩擦力包括由侧向压力及垂向压力产生的摩擦力之和，包括：
11.ff＝μ(ny nz)
12.其中，μ为滑车和滑轨之间的摩擦系数，ny和nz分别为侧向压力和垂向压力。
13.优选的是，侧向压力计算公式如下：
14.ny＝fy ey15.其中，fy和ey分别为滑车所受侧向气动力和进排气系统内流在侧向的力分量。
16.优选的是，垂向压力计算公式如下：
17.nz＝g fz ez18.其中，g为滑车所受重力，fz和ez分别为滑车所受垂向气动力和进排气系统内流在垂向的力分量。
19.优选的是，步骤s1中，所述气动力通过cfd计算。
20.优选的是，步骤s1中，所述气动力通过风洞试验计算。
21.优选的是，确定所述气动力包括：
22.步骤s11、确定滑车在低速状态下的升力系数、阻力系数和侧向力系数；
23.步骤s12、确定滑车在各个速度状态下的气动力，计算公式如下：
[0024][0025][0026][0027]
其中，ρ为试验环境大气密度，v为滑车滑跑速度，s
ref
为参考面积，cz为升力系数、c
x
为阻力系数，cy为侧向力系数。
[0028]
优选的是，步骤s3中，所述支反力通过设置在进气道与发动机、喷管与发动机之间的连接结构上的拉压力杆或推力销测量。
[0029]
优选的是，步骤s4中，所述加权系数通过配装标准进气道与喷管的发动机的滑车试验确定。
[0030]
本技术充分考虑了滑车加速效应对推力测量带来的影响，可较精确地获得进发排系统在地面滑跑状态下的瞬态推力特性。
附图说明
[0031]
图1是本技术进发排系统地面滑车动态试验发动机推力确定方法的流程图。
具体实施方式
[0032]
为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施方式中的附图，对本技术实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。基于本技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本技术保护的范围。下面结合附图对本技术的实施方式进行详细说明。
[0033]
本技术提供了一种进发排系统地面滑车动态试验发动机推力确定方法。包括整体解算、局部解算和综合分析3个步骤。整体法解算时，将整个滑车作为研究对象，该研究对象在摩擦力、气动力、推力及惯性力作用下平衡，摩擦力根据滑车与滑轨之间的摩擦系数及受力情况估算得到，气动力根据对滑车气动外形的cfd计算或风洞试验得到，惯性力通过测量
滑车的加速度和重量计算得出，最后根据滑车所受各力的平衡关系，解算得到进发排系统推力。局部法解算时，根据进气道与发动机、喷管与发动机之间具体的连接形式，将进发排系统分解为不同部件分别处理，每个部件的受力均包括内流的作用力、滑车车架的支反力和惯性力三种类型的力，其支反力通过试验测量获得，惯性力根据各部件的加速度和重量计算得出，最后根据各个部件受力平衡关系，解算得到各个部件所受内流作用力，各个部件内流作用力叠加即为进发排系统推力。最终，根据整体解算和局部解算结果进行综合分析，通过加权求和得到进发排系统最终推力。
[0034]
如图1所示，本技术进发排系统地面滑车动态试验发动机推力确定方法，主要包括：
[0035]
步骤s1、获取整个滑车的摩擦力、气动力及惯性力；
[0036]
步骤s2、根据所述滑车的摩擦力、气动力、惯性力及推力之间的平衡关系，确定发动机第一推力；
[0037]
步骤s3、获取进气道与发动机之间，及喷管与发动机之间的支反力；
[0038]
步骤s4、根据部件所受支反力、内流作用力及惯性力之间的平衡关系，确定内流作用力，并将其作为发动机第二推力；
[0039]
步骤s5、根据所述发动机第一推力、发动机第二推力的加权系数加权确定发动机最终推力。
[0040]
其中，步骤s1与步骤s2为整体解算步骤，步骤s3与步骤s4为局部解算步骤，步骤s5为综合分析步骤。
[0041]
整体解算时将整个滑车看成一个研究对象，该研究对象在摩擦力、气动力、推力及惯性力作用下平衡，摩擦力根据滑车与滑轨之间的摩擦系数估算得到，气动力根据对滑车气动外形的cfd计算或风洞试验得到，惯性力通过测量滑车的加速度和重量计算得出，最后根据滑车所受各力的平衡关系，解算得到进发排系统推力。该解算方法的解算准确度取决于气动力计算或试验的准确度以及滑车与滑轨之间的摩擦系数估计的准确度。特别地，在计算摩擦力时要考虑滑车垂向和侧向气动力对摩擦力的影响。
[0042]
首先考虑摩擦力ff的计算，如下式：
[0043]ff
＝μ(ny nz)
[0044]
式中，μ为滑车和滑轨之间的摩擦系数，该摩擦系数的大小取决于滑车和滑轨的材料、粗糙度、润滑程度等，需要通过试验尽可能精确的获得μ值；ny和nz分别为侧向压力和垂向压力，侧向压力需要考虑滑车所受侧向气动力和进排气系统内流在侧向上可能产生的力分量，其一，如果滑车气动外形为非对称形状或试验中存在侧风影响，均需要考虑滑车所受侧向气动力，其二，对于复杂异型进发排系统试验，尤其是进气道/喷管存在展向偏心距或喷流存在一定侧向角，则需要考虑进排气系统内流在侧向上产生的力分量，因而，侧向压力计算公式如下：
[0045]
ny＝fy ey[0046]
其中，fy和ey分别为滑车所受侧向气动力和进排气系统内流在侧向的力分量。垂向压力需要考虑滑车所受侧向气动力和进排气系统内流在侧向上可能产生的力分量以及滑车重量。对于复杂异型进发排系统试验，尤其进气道/喷管存在垂向偏心距或喷流存在一定垂向角，则必须考虑进排气系统内流在垂向上产生的力分量。垂向压力计算公式如下：
[0047]
nz＝g fz ez[0048]
其中，g为滑车所受重力，fz和ez分别为滑车所受垂向气动力和进排气系统内流在垂向的力分量。
[0049]
考虑气动力的计算，气动力通过cfd计算或风洞试验获得，在进发排系统地面滑车动态试验过程中，滑车的速度持续变化，对每一个速度状态都进行cfd计算或风洞试验，是不现实的。根据低速状态下，滑车所受气动力特性，可认为在低速状态下，滑车所受气动力系数基本不变，故只要通过cfd计算或风洞试验确定滑车在低速状态下的升力系数、阻力系数和侧向力系数，即可获得滑车在各个速度状态下的气动力，计算公式如下：
[0050][0051][0052][0053]
其中，ρ为试验环境大气密度，v为滑车滑跑速度，s
ref
为参考面积(注意s
ref
的选取，要与cfd计算或风洞试验一致并考虑缩比比例的影响)，c
x
、cy、cz分别为滑车滑车在航向、侧向和垂向的气动力系数(升力系数cz、阻力系数c
x
和侧向力系数cy)。
[0054]
考虑惯性力的计算，计算公式如下：
[0055][0056]
其中，a为滑车加速度，在试验中直接测得。
[0057]
此外，进排气系统内流在侧向和垂向产生的力分量，需根据进气道和喷管构型以及进气道与发动机、喷管与发动机之间具体连接形式设置测量装置，进行试验测量获得。若进气道与喷管均无偏心距，则可忽略进排气系统内流在侧向和垂向产生的力分量；若仅存在展向偏心距，则只考虑侧向力分量的测量；若仅存在垂向偏心距，则只考虑垂向力分量的测量；若同时存在展向和垂向偏心距，则需要同时考虑侧向和垂向力分量的测量。
[0058]
最后，根据滑车所受各力的平衡关系，即
[0059]ex-f
f-f
x-fi＝0
[0060]
解算得到进发排系统地面滑车动态试验推力为
[0061]ex
＝ff f
x
fi[0062]
将摩擦力、气动力、惯性力的计算公式带入上式，得到
[0063][0064]
局部解算时，根据进气道与发动机、喷管与发动机之间具体的连接形式，将进发排系统分解为不同部件分别处理，每个部件的受力均包括内流的作用力、滑车车架的支反力和惯性力三种类型的力，其支反力通过试验测量获得，惯性力根据各部件的加速度和重量计算得出，最后根据各个部件受力平衡关系，解算得到各个部件所受内流作用力，各个部件内流作用力叠加即为进发排系统推力。
[0065]
进气道与发动机、喷管与发动机之间具体的连接形式包括四种组合，见表1。表中mjin
、m
fa
、m
pai
分别为进气道、发动机和喷管的质量，m
fa_pai
、m
jin_fa
、m
jin_fa_pai
分别为发动机与喷管固连、发动机与进气道固连以及进发排固连后的总质量，a为滑车加速度。
[0066]
表1不同连接形式组合下进发排系统推力解算公式
[0067][0068][0069]
最后，进行综合分析确定最终进发排系统推力。具体步骤为根据多次试验滑车试验数据(根据配装标准进气道与喷管的发动机(推力已知)的滑车试验确定加权系数)确定加权系数，再对整体解算得到的推力和局部解算得到的推力进行加权平均，得到滑车动态试验进发排推力。
[0070]
本技术提供了一种进发排系统地面滑车动态试验推力解算方法，明确给出了该解算方法使用时需要的试验测量项目与注意事项。此种解算方法充分考虑了滑车加速效应对推力测量带来的影响，可较精确地获得进发排系统在地面滑跑状态下的瞬态推力特性。
[0071]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术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技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。