一种航空发动机气流掺混特性试验装置的制作方法

1.本发明专利涉及航空发动机技术领域，具体为一种航空发动机气流掺混特性试验装置。


背景技术：

2.目前开展气流掺混特性研究工作挺多，主要是以仿真软件计算分析为主，试验研究工作相对较少，大都还处于探索阶段，试验评估方法尚未提出。从试验方案的设计，到试验件加工制造，再到试验过程的监控测量以及最后的试验效果评估等每个环节都是至关重要，如何开展小流量气流供气设施结构设计、试验段气流通道结构参数计算、两股气流在掺混过程中气流状态的可视化问题、试验效果评估等是本气流掺混特性装置发明的关键性问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种航空发动机气流掺混特性试验装置，具体方案如下：
4.一种航空发动机气流掺混特性试验装置，包括主流试验段组件和次流试验段组件；
5.所述主流试验段组件包括试验台供气管道、试验气流整流过渡段、主流装配试验组件和气流出口段；
6.所述次流试验段组件包括次流装配试验组件、转接安装边、压力测量接嘴、电磁阀固定边、脉动电磁阀和次流集气筒；
7.所述试验台供气管道为薄壁圆筒子，一端设有安装边；其前方来流为高压气流；
8.所述试验气流整流过渡段呈圆锥形的中空薄壁件，一端与试验台供气管道相连，另一端连接主流装配试验组件的进口端；
9.所述气流出口段为薄壁圆筒子，与主流装配试验组件的出口端相连，将试验后的尾气排除；
10.所述主流装配试验组件包括上盖板、侧面盖板、主流底座、观察窗玻璃、次流掺混堵块和测量接头；
11.所述上盖板呈长方形，流道型面为收敛扩张型，并开有螺栓孔，其上方设置四个静压测量接嘴孔；
12.所述侧面盖板设置在上盖板两端，其周边设有圆孔，用于固定观察窗玻璃；
13.所述主流底座为长方形，中间设有方孔；
14.所述次流掺辊堵块呈t形，试验过程调整时用于封堵主流底座的方孔；
15.所述测量接嘴为锥形螺纹结构，中间设有通孔，安装在上盖板的四个静压测量接嘴孔中。
16.所述的一种航空发动机气流掺混特性试验装置，其优选方案为所述次流装配试验组件包括次流结构参数调整块组件、次流底座和沉头螺栓a；
17.所述次流底座呈圆盘形结构，中间设置长方形凸块，且凸块中间开有长方形槽，次流结构参数调整块组件安装在槽内，通过沉头螺栓 a连接固定；
18.所述转接安装边截面呈工形结构，两端圆盘各设四个螺栓孔，中间由一截圆管相连，圆管上开设有一个引气小孔；
19.所述次流装配试验组件的次流底座与与转接安装边相连；
20.所述电磁阀固定边截面呈t形结构，开有通孔，圆盘设置四个螺栓孔，与转接安装边的另一端相连，圆柱端为螺纹结构，与电磁阀相连；
21.所述压力测量接嘴为锥形螺纹结构，中间开通孔，安装在电磁阀固定边圆管上；
22.所述次流集气筒呈圆筒形，与脉动电磁阀进口段相连，氮气冲到圆筒内，实现次流试验供气；
23.所述脉动电磁阀根据脉动试验需求选取产品。
24.所述的一种航空发动机气流掺混特性试验装置，其优选方案为所述次流结构参数调整块组件呈t形结构，由次流挡块、次流调整块、销钉和沉头螺栓b组装而成，其中次流调整块设有不同的组别；
25.所述次流挡块和次流调整块均为t形方块，表面开有销钉孔和螺栓孔，通过销钉和沉头螺栓b将次流挡块与次流调整块配对组装；
26.所述次流调整块与次流挡块结构不同，主要是配合面为收敛扩张型面设计，试验时次流气从次流挡块与次流调整块中间的间隙喷出。
27.所述的一种航空发动机气流掺混特性试验装置，其优选方案为所述次流调整块设有不同的l和n尺寸，用于满足次流多组别掺混试验需求。
28.所述的一种航空发动机气流掺混特性试验装置，其优选方案为所述主流装配试验组件中安装在主流底座上的次流掺辊堵块设有四处，对应主流道掺混截面马赫数分别为0.6、0.8、13.、1.6；
29.在正式开展试验前将次流掺混堵块拆下其中一块，将次流装配试验组件的次流结构参数调整块组件安装在拆下的次流掺混堵块对应位置进行掺混试验。
30.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
31.a)通过开展试验段气流通道结构参数计算分析，实现了主流试验段气流通道和次流试验段气流通道结构化参数的匹配设计；
32.b)主流试验段组件的收敛扩张通道形成超音、亚音两个状态区域，其中4个掺混截面的马赫数分别为：0.6、0.8、1.3、1.6，主流上面设置了压力测量接嘴，可实时监控流道内气流在掺混过程中气流各项性能参数所发生的变化；
33.c)次流装配试验组件进行了组别化设计，满足不同状态气流掺混试验需求，试验过程中通过在主流试验段不同掺混截面安装不同组别的次流调整块组件来实现主、次流参数的变化和调整；
34.d)主流到面两侧设置观察窗玻璃，通过采用纹影仪对气流掺混区域在次流脉动前后的情况进行了拍照观察与监控，解决了两股气流在掺混过程中气流状态的可视化问题；
35.本发明的试验装置，深入了解气流在掺混过程中的压力、温度等参数的变化情况，掌握气流在不同状态下掺混，其特性所发生的变化情况，可用于气流掺混特性试验探索分析，进而实现通过控制掺混气流状态来达到调整气流特性的目的；同时，根据先进航空发动
机气动研制需求，需要掌握不同状态气流掺混后的特性情况，进而优化设计，应用本发明试验装置，可快速完成多方案的状态验证试验与数据分析，相对直观准确地反应试验真实情况，进而反哺发动机研制。此外，依据本发明装置实施气流掺混特性试验验证，投入成本小，组装调试简单，可操作性强，为缩短发动机研制周期提供技术支撑，具有巨大的经济效益及社会效益。
附图说明
36.图1为主流试验段组件图例；
37.图2为图1的a-a剖视图；
38.图3为图2的b-b剖视图；
39.图4为次流试验段组件图例；
40.图5为次流装配试验组件图例；
41.图6为次流结构参数调整块组件图例；
42.图7为上盖板结构示意图；
43.图8为侧面盖板结构示意图；
44.图9为主流底座结构示意图；
45.图10为次流掺混堵块结构示意图；
46.图11为测量接嘴结构示意图；
47.图12为次流装配试验组件结构示意图；
48.图13为转接安装边结构示意图；
49.图14为压力测量接嘴结构示意图；
50.图15为电磁阀固定边结构示意图；
51.图16为次流集气筒结构示意图；
52.图17为次流底座结构示意图；
53.图18为次流结构参数调整块组件结构示意图；
54.图19为次流挡块结构示意图；
55.图20为次流调整块嘴结构示意图。
56.图中，1-试验台供气管道、2-试验气流整流过渡段、3-气流出口、 4-上盖板、5-侧面盖板、6-主流底座、7-观察窗玻璃、8-次流掺混堵块、9-测量接嘴、10-次流装配试验组件、11-转接安装边、12-压力测量接嘴、13-电磁阀固定边、14-脉动电磁阀、15-次流集气筒、16
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次流底座、17-沉头螺栓a、18-次流结构参数调整块组件、19-次流挡块、20-销钉、21-沉头螺栓b、22-次流调整块、23-主流装配试验组件。
具体实施方式
57.下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
58.如图1-20所示，一种航空发动机气流掺混特性试验装置，包括主流试验段组件和
次流试验段组件；
59.所述主流试验段组件包括试验台供气管道1、试验气流整流过渡段2、主流装配试验组件23和气流出口段3；
60.所述次流试验段组件包括次流装配试验组件10、转接安装边11、压力测量接嘴12、电磁阀固定边13、脉动电磁阀14和次流集气筒 15；
61.所述试验台供气管道1为薄壁圆筒子，一端设有安装边；其前方来流为高压气流；
62.所述试验气流整流过渡段2呈圆锥形的中空薄壁件，一端与试验台供气管道1相连，另一端连接主流装配试验组件23的进口端；
63.所述气流出口段3为薄壁圆筒子，与主流装配试验组件23的出口端相连，将试验后的尾气排除；
64.所述主流装配试验组件23包括上盖板4、侧面盖板5、主流底座 6、观察窗玻璃7、次流掺混堵块8和测量接头9；
65.所述上盖板4呈长方形，流道型面为收敛扩张型，并开有螺栓孔，其上方设置四个静压测量接嘴孔；
66.所述侧面盖板5设置在上盖板两端，其周边设有圆孔，用于固定观察窗玻璃7；
67.所述主流底座6为长方形，中间设有方孔；
68.所述次流掺辊堵块8呈t形，试验过程调整时用于封堵主流底座6的方孔；
69.所述测量接嘴9为锥形螺纹结构，中间设有通孔，安装在上盖板 4的四个静压测量接嘴孔中。
70.所述次流装配试验组件10包括次流结构参数调整块组件18、次流底座16和沉头螺栓a17；
71.所述次流底座16呈圆盘形结构，中间设置长方形凸块，且凸块中间开有长方形槽，次流结构参数调整块组件18安装在槽内，通过沉头螺栓a17连接固定；
72.所述转接安装边11截面呈工形结构，两端圆盘各设四个螺栓孔，中间由一截圆管相连，圆管上开设有一个引气小孔；
73.所述次流装配试验组件10的次流底座16与与转接安装边11相连；
74.所述电磁阀固定边13截面呈t形结构，开有通孔，圆盘设置四个螺栓孔，与转接安装边11的另一端相连，圆柱端为螺纹结构，与脉动电磁阀14相连；
75.所述压力测量接嘴12为锥形螺纹结构，中间开通孔，安装在电磁阀固定边13圆管上；
76.所述次流集气筒15呈圆筒形，与脉动电磁阀14进口段相连，氮气冲到圆筒内，实现次流试验供气；
77.所述脉动电磁阀14根据脉动试验需求选取产品。
78.所述次流结构参数调整块组件18呈t形结构，由次流挡块19、次流调整块22、销钉20和沉头螺栓b21组装而成，其中次流调整块22设有不同的组别；
79.所述次流挡块19和次流调整块22均为t形方块，表面开有销钉孔和螺栓孔，通过销钉20和沉头螺栓b21将次流挡块19与次流调整块22配对组装；
80.所述次流调整块22与次流挡块19结构不同，主要是配合面为收敛扩张型面设计，试验时次流气从次流挡块19与次流调整块22中间的间隙喷出。
81.所述次流调整块22设有不同的l和n尺寸，用于满足次流多组别掺混试验需求。
82.所述主流装配试验组件22中安装在主流底座6上的次流掺辊堵块8设有四处，对应主流道掺混截面马赫数分别为0.6、0.8、13.、 1.6；
83.在正式开展试验前将次流掺混堵块8拆下其中一块，将次流装配试验组件10的次流结构参数调整块组件18安装在拆下的次流掺混堵块8对应位置进行掺混试验。
84.实施例1
85.a)主流道试验段结构参数化设计：将主流试验段组件设计成收敛扩张通道，形成超音速和亚音速两个状态区域；根据主供气源的具体条件以及实现在两股气流掺混过程中气流状态可视化功能需求，设计主流道试验段结构几何尺寸参数；本发明设置4个掺混截面，马赫数分别为：0.6、0.8、1.3、1.6；根据试验需要与试验设施条件，可适当调整结构参数及掺混截面数量；主流参数具体如下：
86.介质：空气
87.流量：1.5kg/s
88.压力：0.5mpa
89.温度：-10℃～15℃
90.亚音状态区域马赫数分别为：0.6、0.8
91.超音状态区域马赫数分别为：1.3、1.6
92.b)次流道试验段结构参数化设计：将次流结构参数调整块组件设计成超音状态结构，同时根据掺混流量比例要求，设计不同组别结构几何尺寸参数，本发明共设计了10个组别的零件(见表1)。次流参数具体如下：
93.介质：氮气
94.压力：0.8～2.0mpa
95.流量：0.045kg/s～0.3kg/s(占主流3％～20％)
96.温度：-10℃～30℃
97.表1次流结构参数
98.[0099][0100]
c)完成零件制造与装配调试，确保各零组件满足试验条件；试验过程中，通过纹影仪对气流掺混区域进行拍照，观察掺混次流供气前、后变化情况；利用高速环境下试验数据测量采集系统回放功能，完成掺混前后气流的压力、温度等参数的变化情况数据分析。