[發明專利]一種航空發動機進氣總壓畸變生成裝置設計方法

有效

• 申請號: 202011106342.3
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112229639B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 徐文江;滕健
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01M15/02
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 張素斌

一種航空發動機進氣總壓畸變生成裝置設計方法，屬于航空發動機測試系統設計領域。本設計方法基于進氣格柵原理，提出利用可變形材料，以翼型格柵作為變形的基礎，利用氣泵向畸變生成裝置充氣或抽氣，實現翼型格柵迎風面積的增大或減小，并考慮格柵整體堵塞度，最終設計得到可重復使用的，穩態周向總壓畸變和穩態徑向總壓畸變空間分布單獨可控的航空發動機進氣總壓畸變生成裝置。該設計方法的應用可以節省航空發動機穩態總壓畸變生成裝置的制造成本，縮短航空發動機總壓畸變的測試周期。

技術領域

本發明屬于航空發動機測試系統設計領域，尤其涉及一種航空發動機進氣總壓畸變生成裝置設計方法。

背景技術

飛機進氣道的作用為捕獲航空發動機所需流量和品質的氣流并輸送至發動機入口，以滿足發動機穩定工作的需求。在真實飛行環境中，進氣道出口，也即航空發動機入口氣流不可避免的會出現速度、壓力、溫度等氣流參數的時間空間分布不均勻，這種在發動機入口氣流參數的時間空間分布不均勻稱為航空發動機進氣畸變。航空發動機入口氣流總壓畸變會影響發動機的穩定工作范圍，直接影響飛機推進系統性能。發動機總壓畸變指數是評定發動機性能、指導發動機設計的重要參數。對航空發動機設計單位而言，發動機最終安裝的機型以及發動機工況，如飛行速度、攻角、側滑角等參數的不同會導致發動機入口的總壓畸變不同，因此需要在發動機的設計研制階段測試發動機正常工作能夠允許的總壓畸變范圍。

通常情況下，航空發動機的總壓畸變測試環境為地面試車臺或高空試車臺。測試環境相對單一，影響因素可控。例如，在等直環形喇叭口進氣道中，人為制造可控的總壓畸變氣流并輸送給發動機，以測試發動機的性能變化。這種人為可控的總壓畸變氣流由總壓畸變生成裝置生成。目前，國內外常見的發動機進氣總壓畸變生成裝置包括網狀總壓畸變生成器、射流總壓畸變生成器、板狀總壓畸變生成器、插拔總壓畸變生成器等。其中，板狀總壓畸變生成器較為常用，多用于模擬穩態的總壓畸變。通過在燃氣渦輪發動機試車進氣道中加入可替換的畸變模擬板可以生成不同畸變強度的總壓畸變氣流。美國阿諾德空軍基地和美國弗吉尼亞理工大學的研究人員就進氣畸變對發動機的影響地面直連試驗方法開展了一系列的研究。研究的主要目的集中于如何通過總壓畸變生成裝置有效獲得發動機入口多種穩態總壓畸變流場。板狀總壓畸變生成裝置設計的出發點在于通過在均勻流場中施加局部阻擋，使流場的均勻性受到破壞，而且加入的局部阻擋能夠消耗來流中的部分動能，使總壓下降。根據進氣道出口可能產生的周向和徑向總壓畸變的空間位置分布，調整畸變模擬板在低壓區對應位置的分布，最終在進氣道出口產生相應的穩態總壓畸變圖譜。逆向噴流也是獲取總壓畸變流場的一種有效方法，根據所需的總壓畸變的位置分布和畸變區域大小，將高壓氣體通過逆向噴流管從相應的噴射孔噴入流場，噴射的高壓氣體與進入進氣道中的氣流流動方向相反，兩股氣流形成對沖，導致總壓損失，最終獲得所需的總壓畸變流場。在實際的工程應用中，板狀總壓畸變生成裝置應用較為廣泛，但其設計和制造是一大難點，如果需要獲得較為精細和準確的總壓畸變流場，畸變生成板需要能夠在特定細微的位置對流場產生符合預期的阻擾，這對畸變生成板的設計和加工提出了挑戰。同時，如果需要對發動機的總壓畸變特性開展大量的測試，試驗件的可替換性也非常重要，試驗件的設計加工制造需要考慮人力和物力的成本。

發明內容

本發明的目的在于解決現有技術中的上述問題，提供一種航空發動機進氣總壓畸變生成裝置設計方法，該設計方法的應用可以節省航空發動機穩態總壓畸變生成裝置的制造成本，縮短航空發動機總壓畸變的測試周期。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種航空發動機進氣總壓畸變生成裝置設計方法，包括以下步驟：

(1)根據航空發動機進氣整流錐最大半徑和發動機入口半徑，選定總壓畸變生成裝置內環半徑和外圓半徑，選定徑向翼型支桿數量和環狀翼型支桿數量，計算并校驗最小扇形角和最小環形面積是否滿足設計要求，若不滿足設計要求，則重新選定徑向翼型支桿數量和環狀翼型支桿數量；

(2)利用等面積法計算每一個環狀翼型支桿半徑；