[發(fā)明專利]航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣畸變模擬裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010008158.9
• 申請日: 2020-01-03
• 公開（公告）號: CN111175053B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董旭;孫大坤;孫曉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01M15/02
• 代理公司: 北京鼎承知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11551
• 代理人: 田恩濤;柯宏達(dá)

本公開提供了一種航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣畸變模擬裝置，其能模擬航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣的旋轉(zhuǎn)畸變或旋流畸變。本公開的旋轉(zhuǎn)畸變模擬裝置包括：偶數(shù)片擾流屏、用于驅(qū)動擾流屏旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)畸變的驅(qū)動電機(jī)以及用于調(diào)節(jié)驅(qū)動電機(jī)旋轉(zhuǎn)頻率的變頻器。本公開的旋流畸變模擬裝置包括：用于將安裝環(huán)安裝在其一端的伺服電機(jī)以及通過螺紋結(jié)構(gòu)安裝在該安裝環(huán)上的偶數(shù)片平板導(dǎo)向葉片。每片平板導(dǎo)向葉片具有一定的安裝角度，當(dāng)進(jìn)氣氣流通過該平板導(dǎo)向葉片時，會產(chǎn)生所需的旋流畸變。本公開的航空發(fā)動機(jī)進(jìn)氣畸變模擬裝置能夠同時適用于各種開式或閉式低速或高速葉輪機(jī)試驗(yàn)臺，以模擬旋轉(zhuǎn)畸變或旋流畸變。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開屬于葉輪機(jī)技術(shù)和航空發(fā)動機(jī)領(lǐng)域，涉及一種用于航空發(fā)動機(jī)試驗(yàn)和研究階段使用的進(jìn)氣畸變模擬裝置。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代社會以及軍事需求對航空發(fā)動機(jī)整體性能的要求越來越高，工作中的燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)中的壓氣機(jī)(compressor)系統(tǒng)隨時都有可能遭遇各種各樣類型的進(jìn)氣畸變。這種非均勻的進(jìn)氣畸變條件不僅會對壓氣機(jī)的性能造成惡劣影響，導(dǎo)致其效率下降，壓升能力下降，同時也極易引發(fā)失速以及喘振，嚴(yán)重危害著壓氣機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

對此，國內(nèi)外研究人員自二十世紀(jì)六十年代至今，一直對進(jìn)氣畸變問題進(jìn)行研究，尤其工業(yè)界更是重視新型發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣畸變實(shí)驗(yàn)，確保其能有足夠的穩(wěn)定性裕度，能夠適應(yīng)各種惡劣的工作環(huán)境。

針對現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)的工作狀況，進(jìn)氣畸變可以分為以下幾類，如圖1所示：

(1)、根據(jù)畸變參數(shù)的不同分類如下：

由于進(jìn)氣氣流的參數(shù)不同而造成的畸變，一般分為總壓畸變、總溫畸變、靜壓畸變、旋流畸變、旋轉(zhuǎn)畸變以及以上各種不同畸變組合的復(fù)合畸變。

(2)、根據(jù)畸變的空間分布分類如下：

由于畸變發(fā)生的空間位置不同而形成不同的畸變，包括周向畸變和徑向畸變，其中徑向畸變又可分為尖部徑向畸變、根部徑向畸變，還有同時具有周向畸變和徑向畸變的復(fù)合畸變。

(3)、根據(jù)畸變隨時間變化的關(guān)系分類如下：

穩(wěn)態(tài)畸變指畸變度基本不隨時間變化。動態(tài)畸變(非穩(wěn)態(tài)畸變)指與時間相關(guān)的畸變，動態(tài)畸變由于其動態(tài)變化過程不同又可分為隨機(jī)性動態(tài)畸變和周期性動態(tài)畸變。

之所以有這么多不同種類的進(jìn)氣畸變類型，主要是因?yàn)槠鋵?yīng)著的各種各樣的物理成因。一般來說，非均勻的總溫畸變主要是由于短距離起飛或降落時進(jìn)氣道吸入發(fā)動機(jī)尾氣引起的。對于戰(zhàn)斗機(jī)，吸入所發(fā)射導(dǎo)彈的尾氣也會引起進(jìn)口總溫分布不均勻現(xiàn)象。此外，由于側(cè)風(fēng)和大迎角起飛造成的較大進(jìn)口附面層分離會在進(jìn)氣道內(nèi)產(chǎn)生局部的總壓損失，進(jìn)而引起不均勻的總壓畸變。

研究表明，不均勻的總壓畸變是對壓氣機(jī)穩(wěn)定性危害性最大的畸變類型，這種畸變普遍存在于各種工作條件下并且自然發(fā)生。對于不均勻總壓畸變一般分為徑向總壓畸變和周向總壓畸變，以及兩種畸變的結(jié)合等不同形式。

在這些畸變類型之中，由于多涵道壓氣機(jī)和飛發(fā)一體化設(shè)計(jì)(也稱飛機(jī)/發(fā)動機(jī)一體化設(shè)計(jì))，具有傳遞特性的畸變類型和周向總壓畸變成為了備受研究人員重視的畸變類型，這是由于飛機(jī)-發(fā)動機(jī)匹配過程中往往會在大迎角起飛和側(cè)風(fēng)時引起較大的分離，造成周向總壓畸變(如圖2所示)。

在多級壓氣機(jī)中，前面級的壓氣機(jī)發(fā)生的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象對于后面級的壓氣機(jī)來說就是一種旋轉(zhuǎn)畸變(如圖3所示)。

飛發(fā)匹配中為了滿足進(jìn)氣要求而使用S型進(jìn)氣道和側(cè)方進(jìn)氣會導(dǎo)致進(jìn)氣道內(nèi)產(chǎn)生較大的渦旋，進(jìn)而對壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子造成正預(yù)旋或反預(yù)旋的旋流畸變(如圖4所示)。