[發明專利]一種氣浮渦輪冷卻器自動啟停試驗裝置及其試驗方法

在審

• 申請號: 202110981206.7
• 申請日: 2021-08-25
• 公開（公告）號: CN113567104A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 繩春晨;高維浩;劉磊磊;謝洪濤;羅高喬
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第十六研究所
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 韓燕

本發明公開了一種氣浮渦輪冷卻器自動啟停試驗裝置及其試驗方法，氣浮渦輪冷卻器自動啟停試驗裝置包括有供氣源裝置、主閥門、旁路閥門、電控閥門組件、進口穩壓罐、振動變送器、采集及控制系統、出口負壓罐和兩個排氣管道，電控閥門組件包括有閥門驅動電機和控制閥門，閥門驅動電機的轉動軸與控制閥門的開關連接實現控制閥門的電動旋轉開閉操作。本發明用供氣源裝置驅動模擬沖壓空氣驅動氣浮渦輪冷卻器工作，利用轉速可調的電控閥門組件實現氣浮渦輪冷卻器的自動啟停控制，并根據各項數據采集分析判定啟停試驗中氣浮渦輪冷卻器的性能。

技術領域

本發明涉及航空渦輪冷卻器地面測試領域，具體是一種氣浮渦輪冷卻器自動啟停試驗裝置及其試驗方法。

背景技術

渦輪冷卻器是航空機載空氣循環制冷系統中的核心制冷部件，利用壓縮空氣在渦輪內部膨脹并驅動渦輪旋轉，將壓縮空氣所蘊含的內能轉換為機械能對外輸出后產生焓降，由此獲得連續的低溫氣流。典型的渦輪冷卻器包括進排氣管道、殼體、蝸殼、轉子、位于轉子上同軸反向布置的制冷渦輪和壓縮渦輪、支承轉子高速旋轉的氣浮軸承等部件。

不同于工作在飛機內部的渦輪冷卻器利用來自飛機發動機的壓縮空氣驅動渦輪旋轉制冷，工作在機載外掛吊艙內部的渦輪冷卻器利用載機飛行產生的沖壓空氣直接驅動制冷渦輪并膨脹降溫，產生的低溫空氣進入換熱器用冷后再進入和制冷渦輪同軸設置的壓縮渦輪，經壓縮渦輪的抽吸、升壓后排出。在壓縮渦輪的抽吸作用下制冷渦輪出口會產生一定負壓，從而提升制冷渦輪的膨脹比及溫降，而壓縮渦輪動力來自于沖壓空氣在制冷渦輪內膨脹降溫時對外輸出的軸工，整個渦輪冷卻器由風力驅動旋轉，無需設置電機及消耗電能。

由于沖壓空氣的壓力和氣量受載機飛行的速度、高度、俯仰及偏航姿態等因素影響較大，由沖壓空氣驅動的渦輪冷卻器不僅在飛機每個飛行架次的起飛和降落階段面臨啟動和停機，在飛行期間也可能發生因為載機機動動作導致沖壓空氣氣量大幅度降低引發的渦輪停機及再啟動，機載吊艙渦輪冷卻器工作工況復雜程度及工作環境惡劣程度要要高于飛機內部的渦輪冷卻器。采用氣浮軸承支承渦輪冷卻器在啟動和停機階段由于轉速較低，軸承內的動壓潤滑氣膜尚未形成或已經消失，在此期間軸承內的接觸干摩擦會造成軸承表面耐磨的涂層的損耗。隨著啟停次數和干摩擦次數的不斷增多，氣浮軸承的磨損導致性能逐步衰減，最終導致氣浮軸承失效。相較于渦輪自身的機械強度、抗疲勞特性等因素可在設計之初加以提升、在工藝實現時加以控制，渦輪啟停工作期間氣浮軸承內的接觸磨損無法避免，是影響氣浮渦輪冷卻器可靠性主要因素。因此通過對渦輪冷卻器進行多次啟停測試，考核氣浮軸承的啟停次數及渦輪冷卻器性能隨啟停次數增加的衰減程度，從而可實現渦輪冷卻器壽命考核的目的，對氣浮渦輪冷卻器產品開發有較強的現實依據和較高的實用價值。

為滿足渦輪冷卻器數千乃至上萬小時的可靠性要求，即使是一個飛行架次期間渦輪僅在飛機起飛和降落階段的發生一次啟停，一個飛行架次按2小時計，渦輪冷卻器的啟停考核次數也需達到數千次。考慮到飛行期間因載機進行機動動作時沖壓空氣壓力氣量降低引發的渦輪冷卻器停機和啟動，啟停考核次數需進一步增加，則通過人為操作開關進氣閥門實現數千次乃至上萬啟停實施效率較低，而且手動開關閥門的速率受人為影響較大。在沖壓空氣壓力和氣量隨載機起飛滑跑速度增加不斷提升過程中，渦輪冷卻器由開始旋轉到完全起浮會存在長達數秒的干摩擦旋轉時間，故對啟動時長加以調節和控制也是在啟停測試中需考慮的一個能符合渦輪冷卻器真實工作載荷要求的重要因素。

而利用高速電機結合電機控制直接驅動渦輪轉子啟停考核雖然可以實現自動化，但是電驅的渦輪轉子有別于渦輪冷卻器利用風力驅動工作時壓力和轉速特性，亦無法滿足渦輪冷卻器真實啟停考核要求。單純的利用電磁閥通斷控制實現自動啟停也存在閥門開關速率不可調節，電磁閥通斷時產生氣錘效應對渦輪冷卻器載荷超限，造成過試驗等不良后果。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種氣浮渦輪冷卻器自動啟停試驗裝置及其試驗方法，用供氣源裝置驅動模擬沖壓空氣驅動氣浮渦輪冷卻器工作，利用轉速可調的電控閥門組件實現氣浮渦輪冷卻器的自動啟停控制，并根據各項數據采集分析判定啟停試驗中氣浮渦輪冷卻器的性能。