航空发动机进气畸变模拟装置制造方法及图纸

本公开提供了一种航空发动机进气畸变模拟装置，其能模拟航空发动机进气的旋转畸变或旋流畸变。本公开的旋转畸变模拟装置包括：偶数片扰流屏、用于驱动扰流屏旋转以产生旋转畸变的驱动电机以及用于调节驱动电机旋转频率的变频器。本公开的旋流畸变模拟装置包括：用于将安装环安装在其一端的伺服电机以及通过螺纹结构安装在该安装环上的偶数片平板导向叶片。每片平板导向叶片具有一定的安装角度，当进气气流通过该平板导向叶片时，会产生所需的旋流畸变。本公开的航空发动机进气畸变模拟装置能够同时适用于各种开式或闭式低速或高速叶轮机试验台，以模拟旋转畸变或旋流畸变。

Simulation device of intake distortion of Aeroengine

【技术实现步骤摘要】
航空发动机进气畸变模拟装置
本公开属于叶轮机技术和航空发动机领域，涉及一种用于航空发动机试验和研究阶段使用的进气畸变模拟装置。
技术介绍
随着现代社会以及军事需求对航空发动机整体性能的要求越来越高，工作中的燃气涡轮发动机中的压气机(compressor)系统随时都有可能遭遇各种各样类型的进气畸变。这种非均匀的进气畸变条件不仅会对压气机的性能造成恶劣影响，导致其效率下降，压升能力下降，同时也极易引发失速以及喘振，严重危害着压气机系统的稳定性。对此，国内外研究人员自二十世纪六十年代至今，一直对进气畸变问题进行研究，尤其工业界更是重视新型发动机的进气畸变实验，确保其能有足够的稳定性裕度，能够适应各种恶劣的工作环境。针对现代航空发动机的工作状况，进气畸变可以分为以下几类，如图1所示：(1)、根据畸变参数的不同分类如下：由于进气气流的参数不同而造成的畸变，一般分为总压畸变、总温畸变、静压畸变、旋流畸变、旋转畸变以及以上各种不同畸变组合的复合畸变。(2)、根据畸变的空间分布分类如下：由于畸变发生的空间位置不同而形成不同的畸变，包括周向畸变和径向畸变，其中径向畸变又可分为尖部径向畸变、根部径向畸变，还有同时具有周向畸变和径向畸变的复合畸变。(3)、根据畸变随时间变化的关系分类如下：稳态畸变指畸变度基本不随时间变化。动态畸变(非稳态畸变)指与时间相关的畸变，动态畸变由于其动态变化过程不同又可分为随机性动态畸变和周期性动态畸变。之所以有这么多不同种类的进气畸变类型，主要是因为其对应着的各种各样的物理成因。一般来说，非均匀的总温畸变主要是由于短距离起飞或降落时进气道吸入发动机尾气引起的。对于战斗机，吸入所发射导弹的尾气也会引起进口总温分布不均匀现象。此外，由于侧风和大迎角起飞造成的较大进口附面层分离会在进气道内产生局部的总压损失，进而引起不均匀的总压畸变。研究表明，不均匀的总压畸变是对压气机稳定性危害性最大的畸变类型，这种畸变普遍存在于各种工作条件下并且自然发生。对于不均匀总压畸变一般分为径向总压畸变和周向总压畸变，以及两种畸变的结合等不同形式。在这些畸变类型之中，由于多涵道压气机和飞发一体化设计(也称飞机/发动机一体化设计)，具有传递特性的畸变类型和周向总压畸变成为了备受研究人员重视的畸变类型，这是由于飞机-发动机匹配过程中往往会在大迎角起飞和侧风时引起较大的分离，造成周向总压畸变(如图2所示)。在多级压气机中，前面级的压气机发生的旋转失速现象对于后面级的压气机来说就是一种旋转畸变(如图3所示)。飞发匹配中为了满足进气要求而使用S型进气道和侧方进气会导致进气道内产生较大的涡旋，进而对压气机转子造成正预旋或反预旋的旋流畸变(如图4所示)。现有的研究表明，旋转进气畸变对于压气机的性能有很强的影响，甚至有些情况下旋转畸变能够额外增加压气机的裕度和效率。然而，周向总压畸变只会对压气机系统带来不利影响，现有关于周向总压畸变的研究主要集中在通过数值计算和实验的方法来评估这种畸变造成的性能损失。即便是工业界开展相关的试验研究，也只能对稳态的综合畸变进行图谱模拟，很少开展针对非稳态畸变(如旋转畸变或旋流畸变)对试验设计阶段的发动机影响的相关研究，更不用说在实验室条件下模拟旋转畸变或旋流畸变了。
技术实现思路
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了航空发动机进气畸变模拟装置，用于在实验室条件下模拟旋转畸变或旋流畸变，其采用如下技术方案或其组合：[旋转畸变产生装置]本公开提供的航空发动机进气畸变模拟装置包括：偶数片扰流屏、驱动电机和变频器。其中，偶数片扰流屏设于航空发动机的进气唇口的进气侧。偶数片扰流屏在驱动电机的靠近进气唇口的一端的周长上呈平均排列，并且每片扰流屏所在平面与旋转平面具有夹角。驱动电机用于驱动偶数片扰流屏在旋转平面内以一定的畸变转速旋转，使气流产生旋转畸变并进入进气唇口。变频器用于调节驱动电机沿顺时针方向或逆时针方向输出畸变转速，畸变转速(畸变频率)的大小根据设定值由变频器进行变动。在本公开的一个优选实施例中，扰流屏为畸变网或扰流板，畸变网由金属丝编织而成。在本公开的其它优选实施例中，畸变网可以有两片，对向设于驱动电机的靠近进气唇口的一端，每片畸变网与旋转平面的夹角为45°。在本公开的其它优选实施例中，畸变网可以有四片，呈十字型设于驱动电机的靠近进气唇口的一端，每片畸变网与旋转平面的夹角为45°。在本公开的其它优选实施例中，畸变网有八片，呈米字型设于驱动电机的靠近进气唇口的一端，每片畸变网与旋转平面的夹角为30°。在本公开的其它优选实施例中，旋转平面与进气唇口所在的平面平行。在本公开的其它优选实施例中，扰流屏的尺寸小于进气唇口的半径。在本公开的其它优选实施例中，畸变转速为10-3000r/min。[旋流畸变产生装置]本公开提供的另一种航空发动机进气畸变模拟装置包括：偶数片平板导向叶片和伺服电机。其中，伺服电机设于航空发动机的进气唇口的进气侧，该伺服电机的靠近进气唇口的一端设有安装环。伺服电机仅供安装导向叶片安装环之用。伺服电机和支架也能同时起到支撑作用，以便使平板导向叶片靠近进气唇口。当模拟旋流畸变时，伺服电机为闲置状态(非工作状态)。偶数片平板导向叶片在伺服电机的靠近进气唇口的一端的周长的安装环上呈平均排列。每片平板导向叶片通过螺纹结构与安装环配合，以单独调整每片平板导向叶片所在平面与安装环所在平面的夹角。安装环的作用不仅是连接伺服电机，而且还能够通过螺纹结构单独控制和调节每片平板导向叶片的安装角度，以使进气气流在流经平板导向叶片后产生不同类型和性质的旋流畸变，并且顺利进入进气唇口。在本公开的一些优选实施例中，每片平板导向叶片所在平面与安装环所在平面的夹角(该锐角即安装角度，属于二面角，以下同理)为5°-30°。在本公开的一些优选实施例中，对向设置的两片平板导向叶片所在平面与安装环所在平面的夹角相同或互补(加和为180°)。在本公开的一些优选实施例中，平板导向叶片的尺寸小于进气唇口的半径。本公开的目的在于人工模拟旋转畸变和旋流畸变，以便进一步在压气机实验台和发动机整机试验台上考察上述两种畸变对压气机性能的影响。附图说明附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。图1为进气畸变的分类示意图。图2为大仰角起飞和侧风引起的周向总压畸变的示意图。图3为多级压气机的旋转失速现象造成的旋转畸变的示意图。图4为产生正预旋或反预旋的旋流畸变的结构的示意图。图5为本专利技术实施例1的旋转畸变发生装置。图6为本专利技术实施例1的畸变网的结构示意图。图7为本专利技术实施例2的旋流畸变发生装置。图8为本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航空发动机进气畸变模拟装置，其特征在于：其包括：/n偶数片扰流屏，设于航空发动机的进气唇口的进气侧；/n驱动电机，驱动所述偶数片扰流屏在旋转平面内以一定的畸变转速旋转，使气流产生旋转畸变并进入所述进气唇口；以及/n变频器，调节所述驱动电机沿顺时针方向或逆时针方向输出所述畸变转速；/n其中，所述偶数片扰流屏在所述驱动电机的靠近所述进气唇口的一端的周长上呈平均排列，并且每片扰流屏所在平面与所述旋转平面具有夹角。/n

【技术特征摘要】
1.一种航空发动机进气畸变模拟装置，其特征在于：其包括：
偶数片扰流屏，设于航空发动机的进气唇口的进气侧；
驱动电机，驱动所述偶数片扰流屏在旋转平面内以一定的畸变转速旋转，使气流产生旋转畸变并进入所述进气唇口；以及
变频器，调节所述驱动电机沿顺时针方向或逆时针方向输出所述畸变转速；
其中，所述偶数片扰流屏在所述驱动电机的靠近所述进气唇口的一端的周长上呈平均排列，并且每片扰流屏所在平面与所述旋转平面具有夹角。


2.根据权利要求1所述的航空发动机进气畸变模拟装置，其特征在于：所述扰流屏为畸变网或扰流板，所述畸变网由金属丝编织而成。


3.根据权利要求2所述的航空发动机进气畸变模拟装置，其特征在于：
所述畸变网有两片，对向设于所述驱动电机的靠近进气唇口的一端，每片畸变网与所述旋转平面的夹角为45°；或者，
所述畸变网有四片，呈十字型设于所述驱动电机的靠近进气唇口的一端，每片畸变网与所述旋转平面的夹角为45°；或者，
所述畸变网有八片，呈米字型设于所述驱动电机的靠近进气唇口的一端，每片畸变网与所述旋转平面的夹角为30°。


4.根据权利要求1所述的航空发动机进气畸变模拟装置，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：董旭，孙大坤，孙晓峰，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11