[發明專利]一種沖壓空氣渦輪風洞試驗測試方法

有效

• 申請號: 201711348629.5
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108036917B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 郭生榮;盧岳良;劉誠;姬芬竹;王巖;寇桂岳
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司金城南京機電液壓工程研究中心;北京航空航天大學
• 主分類號: G01M9/04
• 分類號: G01M9/04;G01M9/06;G01M9/08
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提供一種沖壓空氣渦輪風洞試驗測試方法，步驟如下：1：將沖壓空氣渦輪模型安裝在風洞試驗段內；2：確定風洞試驗段內模型的入口控制面；3：確定風洞試驗段內模型的出口控制面；4：確定風洞試驗段內模型的流線彎曲控制面；5：確定風洞試驗段內模型的控制體；6：確定風洞試驗段入口測量點和出口測量點；7：將各測量點分別通過連接管路與測量儀器可靠連通；8：測試初始風速時不同槳距角下的渦輪輸出功、計算并得到渦輪效率；9：測試不同風速時初始槳距角下的渦輪輸出功和渦輪效率；10：測試不同風速時不同槳距角下渦輪輸出功和渦輪效率；本發明實現了外場流動內場化處理，提高了利用風洞試驗研究沖壓空氣渦輪動力性能的能力。

技術領域

本發明提供一種沖壓空氣渦輪風洞試驗測試方法，具體涉及一種基于可壓縮流體遠場開口系統的沖壓空氣渦輪外場流動內場化處理風洞試驗測試方法，屬于沖壓空氣渦輪風洞試驗技術領域。

背景技術

沖壓空氣渦輪系統是現代飛機的應急動力裝置，它能夠在飛機失去主動力和輔助動力的緊急情況下提供應急能源，保證飛行安全。其中，渦輪在迎面氣流作用下旋轉并把氣流沖壓能轉換為機械能，是系統的能量提取部件。因此，沖壓空氣渦輪的輸出功率和能量提取效率是系統研究的核心，也是渦輪氣動性能的關鍵指標。沖壓空氣渦輪氣動性能研究方法主要包括理論研究、數值模擬和實驗研究等。目前，實驗研究主要采用風洞試驗，而很少像傳統風力機渦輪那樣采用現場(外場)試驗，主要原因是現場(外場)試驗需要在自然工作條件下進行，但沖壓空氣渦輪的自然工作條件只能是掛機飛行，即試飛驗證。然而，試飛驗證過程風險高難度大，且目前國內尚未有成熟的試飛驗證方法。因此，為了降低試飛驗證的風險和技術難度，通常先開展地面風洞試驗驗證，然后再進行試飛驗證。

目前，沖壓空氣渦輪地面風洞試驗方法的主要過程為：把沖壓空氣渦輪可靠地安裝于試驗風洞內；啟動風洞并使風洞風速達到規定值；沖壓空氣渦輪在迎面氣流作用下旋轉并從風洞氣流中提取能量；利用風洞測控系統實時測量沖壓空氣渦輪轉速和輸出轉矩，計算可得渦輪輸出功率，并最終轉換為液壓能或電能驅動負載工作；同時監測風洞內氣體的壓力、溫度以及流體速度等信號。然而，該地面風洞試驗方法只能驗證沖壓空氣渦輪從氣流獲取的能量，無法獲得渦輪效率，該渦輪效率是指能量效率，即風能利用系數。為了進一步驗證沖壓空氣渦輪效率，通常需要對渦輪葉片氣動性能進行風洞試驗，以驗證葉片翼型的風能利用系數。

目前，沖壓空氣渦輪葉片翼型氣動性能風洞試驗主要借鑒風力機葉片風洞試驗測量方法，即基于動量原理的升阻系數測量方法(詳見王鐵城等編《空氣動力學試驗技術》，國防工業出版社，1986年4月第一版第6章第6.5節)。該方法基于動量原理，分別測量空氣密度、來流速度以及與模型對應的風洞上下壁面流體靜壓力，依據下式(1)計算壁面壓力；然后依據下式(2)對壁面壓力進行積分進而求得模型葉片的升力系數；進一步地，分別測量來流方向風洞入口處流動總壓和靜壓、模型后緣一定距離處尾跡的流動總壓和靜壓，然后依據公式(3)沿路徑wl積分求得模型葉片的阻力系數。公式(1)～(3)描述如下：

式中，p為由風洞壁面測量得到的流體靜壓力；ρ為空氣密度；V_∞為風洞入口來流速度；C_l、C_r和C_p分別為渦輪葉片的升力系數、阻力系數和表面壓力系數；C_pu和C_pl分別表示由風洞上、下壁面測量參數求得的表面壓力系數；c為模型葉片的弦長；p₀、p_∞和p₀₁、p₁分別為表示來流總壓、靜壓和翼型后緣一定距離處的尾跡流動總壓、靜壓；x、y分別為風洞中流體流向和法向坐標；積分上下限x₁和x₂分別為風洞上、下壁面靜壓測點的x向坐標范圍；wl表示沿法向在流動尾跡區的積分路徑。