[發(fā)明專利]一種用于低速風洞TPS試驗的流量控制裝置

有效

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• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN104949816B
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發(fā)明（設計）人: 胡卜元;黃勇;王勛年;章貴川;張衛(wèi)國;章榮平;陳祖榮;劉忠華;吳福章;田鑫;別云鵬;江峰
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發(fā)展中心低速空氣動力研究所
• 主分類號: G01M9/00
• 分類號: G01M9/00
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 詹永斌

技術領域

本發(fā)明涉及風洞試驗中的高壓供氣流量控制裝置，具體為低速風洞TPS試驗中高壓供氣流量控制裝置。

背景技術

TPS試驗全稱渦扇動力模擬試驗，是一種評估渦扇發(fā)動機對飛機氣動特性影響的低速風洞試驗技術。TPS試驗的核心設備是TPS單元，是一種使用高壓空氣驅動的發(fā)動機模擬器，其風扇轉速精度與高壓供氣的流量控制精度直接相關，而轉速精度又與TPS試驗精度息息相關，此外，在TPS試驗中，通常同時使用多臺TPS單元，而高壓供氣系統(tǒng)只能同時兩路供氣，因此，必須對高壓供氣進行二次分配。為實現(xiàn)TPS試驗中高壓供氣流量的精確控制和分配，必須使用高精度的流量控制裝置。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提供一種用于低速風洞TPS試驗的高壓供氣流量精確控制和分配的裝置。

為實現(xiàn)上述技術方案，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種用于低速風洞TPS試驗的流量控制裝置，包括上位機、流量控制系統(tǒng)、流量測量系統(tǒng)和用于連接兩者的連接鋼管，流量控制系統(tǒng)與測量系統(tǒng)一體化設置，其中：

流量控制系統(tǒng)包括針閥和電作動筒；針閥包括駐室、針閥孔板、針閥噴管、針閥頂針，針閥頂針的前端穿過針閥孔板伸入到針閥噴管內，針閥孔板置于駐室上；電作動筒由無刷直流伺服電機、減速器、驅動器、控制器、絕對光柵、滾珠絲杠、滑軌、同步帶系統(tǒng)組成，滾珠絲杠的通過連桿與針閥頂針連接；針閥頂針在電作動筒的作用下做水平運動；

流量測量系統(tǒng)由文丘里噴管、總壓總溫測量耙、流量計內套和流量計外套組成；總壓總溫測量耙設置在連接鋼管上；

高壓氣流依次經過進氣管道、駐室、孔板、針閥噴管、連接鋼管、文丘里噴管、流量計內套后由排氣管排出；氣流經過的路徑為高壓密封空間；

上位機同步控制若干路流量控制系統(tǒng)和流量測量系統(tǒng)，每一路流量控制系統(tǒng)和流量測量系統(tǒng)獨立運行。

在上述技術方案中，所述針閥頂針為圓錐形結構，從針尖到針底表面面積逐步增加。

在上述技術方案中，所述針閥噴管的內表面為光滑凸出的曲面，曲面的凸出部分均勻分布在針閥噴管內形成一個閉環(huán)圓圈。

在上述技術方案中，針閥頂針的軸心線與針閥噴管的軸心線重合，針閥頂針沿著軸心線在針閥噴管曲面凸出部分之間水平移動。

利用該裝置的控制方法具體步驟為：

首先，上位機通過控制器將設定的初始值指令發(fā)送給驅動器，由驅動器控制電機運動，連接于電機上的編碼器將電機實際位置反饋給驅動器，構成第一個位置控制閉環(huán)；

采用絕對光柵測量針閥頂針的實際位移，由驅動器讀取光柵的位移反饋值，根據(jù)給定位移值和實際位移值之差，對位移誤差進行修正，構成第二個位置控制閉環(huán)；

高壓氣流從進氣管道進入針閥噴管，由電作動筒控制針閥頂針在針閥噴管中移動，移動的針閥頂針使得針閥噴管凸出的曲面與針閥頂針之間的距離改變，從而改變氣流流通的面積；

流量測量系統(tǒng)同步測試由針閥噴管流過的氣流，并反饋給上位機，上位機對測量流量與目標流量對比,將修正指令發(fā)送給控制器，控制針閥頂針的移動最終達到目標值。

本發(fā)明的設計原理如下：無刷直流伺服電機通過同步帶系統(tǒng)驅動滾珠絲杠沿直線運動，滾珠絲杠帶動針閥頂針運動，改變針閥噴管的喉道（針閥噴管面積最小處）面積，而流量與流通面積有關，從而實現(xiàn)流量控制。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：通過將流量控制和測量系統(tǒng)一體化設計，系統(tǒng)集成度高；響應速度快，控制精度高；體積小，重量輕，安裝方便；推力大，承載范圍廣；可實現(xiàn)四軸同步控制；系統(tǒng)安全性高。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1是流量控制單元的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的外形結構示意圖；

圖3是系統(tǒng)工作的流程示意圖；

其中：1是控制器，2是連接鋼管，31是測壓靶，32是文丘里噴管，33是流量計外套，34是流量計內套，41是針閥頂針，42是駐室，43是針閥孔板，44是針閥噴管，51是滑軌，52是滾珠絲杠，53是絕對光柵，54是同步帶系統(tǒng)，55是減速器，56是伺服電機，57是驅動器，6是進氣管，7是排氣管。

具體實施方式

如圖1 所示，本發(fā)明的流量控制裝置主要包括兩個部分，流量控制和流量測量；而流量控制主要由針閥和電作動筒組成。根據(jù)流量與流通面積相關的原理，通過改變流通面積，從而控制流量。