模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置和方法，所述装置包括压力温度调节室、与该压力温度调节室连通的真空泵以及设于该压力温度调节室内的气缸、活塞、喷油系统、摄像系统和控制系统；所述方法包括模拟活塞运动情况、喷油并拍摄其燃烧情况以及对该拍摄图片进行处理的具体过程。本发明专利技术用以观察以重油为燃料的航空活塞式发动机的燃料雾化效果，使我们在试验台上便能模拟高空喷雾，并可通过高速摄像机对其进行拍摄，观察其喷雾情况。

【技术实现步骤摘要】
模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置和方法
本专利技术涉及一种航空发动机喷雾试验平台，具体涉及到一种模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置和方法。
技术介绍
航空活塞发动机的发展历程大致可分为两个时期，第一个时期是从首次动力飞行开始到第二次世界大战结束，在这个时期，活塞式航空发动机统治了40年左右。第二个时期从第二次世界大战至今。现如今通用航空活塞发动机主要适用于固定翼飞机、旋翼机和无人机等方面。主要源于该类通航飞机功率需求小，选用航空活塞发动机作为动力，其经济性和实用性优势明显。所以航空活塞发动机的技术应用和延续发展才有了其必要性。目前活塞式通航飞机的市场保有量占飞机总保有量的一半以上，仍在通航领域占有非常重要地位。用民用航空器从事公共航空运输以外的民用航空活动，包括工业、农业、林业、渔业和建筑业在内的作业飞行以及医疗工业、抢险救灾、气象探测、海洋监测、科学实验、教育训练、文化体育等方面的飞行活动。而航空活塞式发动机是通用航空中重要的动力组成部分。目前航空活塞式发动机的动力源主要分为两种：电动和油动。电能驱动的优势在于动能的装置轻便，控制简单，但是续航能力有一定的缺陷，电力巡检、防险救灾、军事应用等对无人机续航能力需求较高的场合就不太适用了，因此，燃油驱动变成了航空发动机的首选。考虑到航空活塞式发动机选择以重油为燃料，如果重油的喷射雾化效果不好，会导致难启动，燃烧效率低，燃烧稳定性差，排放超标，动力性不足等问题。综上所诉，燃料的喷射雾化效果是影响发动机性能的关键因素，良好的燃料物化效果可以保障发动机实现一个极佳的工况。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供一种模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置和方法，用以观察以重油为燃料的航空活塞式发动机的燃料雾化效果，使我们在试验台上便能模拟高空喷雾，并可通过高速摄像机对其进行拍摄，观察其喷雾情况。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置，包括由热交换器围合成的封闭的压力温度调节室、设于压力温度调节室外部并与该压力温度调节室连通的真空泵、设于压力温度调节室内的气缸、与气缸配套使用的活塞和用于向气缸内喷油的喷油系统；所述活塞和喷油系统也设于压力温度调节室内；所述气缸通过进气管和排气管与所述压力温度调节室连通；所述气缸是可透光的；所述活塞远离气缸的端部连接有可推动活塞运动的活塞驱动装置；所述压力温度调节室内还设有用于拍摄气缸内燃油喷射情况的摄像系统。作为上述方案的进一步技术方案，所述喷油系统包括依次连通的油箱、油泵和喷油器，所述喷油器的喷油口伸入所述气缸内。作为上述方案的进一步技术方案，所述活塞驱动装置包括预紧弹簧和固定于所述压力温度调节室内的固定块，所述预紧弹簧的两端分别与所述活塞和所述固定块连接；所述活塞驱动装置还包括有用于固定活塞及预紧弹簧的限位块。作为上述方案的进一步技术方案，所述摄像系统包括高速摄像机和激光系统；所述高速摄像机的摄像头对准所述气缸内的燃烧室；所述激光系统包括依次设置的Xecl准分子激光器、第一反光镜、第二反光镜、扩束镜、准直镜、压缩镜和分光镜；所述气缸设于压缩镜和分光镜之间；所述Xecl准分子激光器发射的激光依次经第一反光镜、第二反光镜、扩束镜、准直镜和压缩镜后射入所述气缸内，之后从气缸内射出的激光经分光镜射入所述高速摄像机的摄像头。作为上述方案的进一步技术方案，还包括有控制系统；所述控制系统包括霍尔传感器、电源和ECU；所述霍尔传感器设于所述气缸的一侧，用于测量所述活塞的位置；所述ECU分别与所述喷油器、霍尔传感器和高速摄像机控制连接，所述电源用于向所述ECU供电。使用上述装置模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：在所述油箱中填充荧光剂用来模拟重油喷雾，调整所述喷油器伸入气缸内燃烧室到合适的深度；步骤2：打开Xecl准分子激光器，调整第一反光镜和第二反光镜，使Xecl准分子激光器发射的激光到扩束镜前，经过扩束镜改变激光的直径，然后经过准直镜将激光的光束汇聚，最后经压缩镜将激光的光束转化为一束激光照射入气缸内的燃烧室中；步骤3：调整分光镜和高速摄像机的角度，将气缸内激光的光束引到高速摄像机的摄像头前；步骤4：打开所述真空泵和所述热交换器将所述压力温度调节室内的压力和温度调节至待模拟目标海拔所对应的压力和温度；步骤5：打开所述电源和所述ECU，并将所述电源和所述ECU放入所述压力温度调节室内；步骤6：根据待模拟的航空活塞发动机在不同转速下活塞的加速度和受力来确定所需预紧弹簧的弹力，从而确定预紧弹簧的劲度系数和预紧长度；步骤7：通过所述活塞将所述预紧弹簧压缩至相应的预紧长度并用所述限位块将活塞和预紧弹簧固定；步骤8：调节所述油泵的供油压力来保证所述喷油器的喷射油压；步骤9：抽出所述限位块，在所述预紧弹簧的弹性作用力下，所述活塞开始向气缸内运动，模拟航空发动机活塞的压气运动状态；当所述活塞移动到所述霍尔传感器位置时，所述霍尔传感器触发，然后给所述ECU发出触发信号；所述ECU接受到该触发信号后，发出信号给喷油器使所述喷油器进行喷油，再通过所述高速摄像机对所述气缸内的喷油器的喷雾状况进行拍摄。作为上述方案的进一步技术方案，在使用高速摄像机拍摄得到喷雾的原始图片后，先将原始图片灰度化，再进行canny边缘检测，然后通过MATLAB编程将所有灰色的像素点去掉，再调整相应的阈值，将喷雾的边界勾勒出来，得到处理后的图片并计算相应的宏观特征参数；所述宏观特征参数包括喷雾质量，记为M；喷雾锥角，记为α；喷雾投影面积，记为A；喷雾贯穿距离，记为L；喷雾浓度，记为ρ；所述喷雾质量M根据所选定的喷油器的喷油规律得到；在定义喷雾锥角α、喷雾投影面积A和喷雾贯穿距离L时，先在处理后的图片上找出喷雾的边界范围，然后对处理后的图片进行网格化处理，并以喷孔位置点为中心点D；在计算喷雾锥角α时，先分别找出喷雾两侧距离喷孔所在轴线距离最远的点，连接D点与喷雾两侧最远的点，并延长这两条直线与网格交与B、C点，构成DC、DB两条直线，连接BC形成三角形BCD，在三角形BCD中∠BDC等于喷雾锥角α；在网格中可以构建出相应的三角形，通过勾股定理计算出DC、DB、BC的长度，在三角形BCD中通过余弦定理即可求出喷雾锥角α的余弦值，再通过反三角函数arccosα计算出喷雾锥角α的角度；在计算喷雾投影面积A时，对网格化处理后的图片中喷雾所占网格进行累加，当喷雾占有区域大于一半网格时记网格数加一，当喷雾占有区域小于一半网格时记网格数为零，最后累加网格数的总和便可以计算得到喷雾投影面积A；在计算喷雾贯穿距离L时，累加喷孔到距离喷孔最远处喷雾所占的网格数便可计算得到喷雾贯穿距离L；在累加最远一格时，当喷雾长度大于网格长度的一半时记网格数加一，当喷雾长度小于网格长度的一半时记网格数为零；在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置，其特征在于：包括由热交换器(13)围合成的封闭的压力温度调节室(11)、设于压力温度调节室(11)外部并与该压力温度调节室(11)连通的真空泵(12)、设于压力温度调节室(11)内的气缸(5)、与气缸(5)配套使用的活塞(6)和用于向气缸(5)内喷油的喷油系统；所述活塞(6)和喷油系统也设于压力温度调节室(11)内；所述气缸(5)通过进气管(14)和排气管(15)与所述压力温度调节室(11)连通；所述气缸(5)是可透光的；所述活塞(6)远离气缸(5)的端部连接有可推动活塞(6)运动的活塞驱动装置；所述压力温度调节室(11)内还设有用于拍摄气缸(5)内燃油喷射情况的摄像系统。/n

【技术特征摘要】
1.模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置，其特征在于：包括由热交换器(13)围合成的封闭的压力温度调节室(11)、设于压力温度调节室(11)外部并与该压力温度调节室(11)连通的真空泵(12)、设于压力温度调节室(11)内的气缸(5)、与气缸(5)配套使用的活塞(6)和用于向气缸(5)内喷油的喷油系统；所述活塞(6)和喷油系统也设于压力温度调节室(11)内；所述气缸(5)通过进气管(14)和排气管(15)与所述压力温度调节室(11)连通；所述气缸(5)是可透光的；所述活塞(6)远离气缸(5)的端部连接有可推动活塞(6)运动的活塞驱动装置；所述压力温度调节室(11)内还设有用于拍摄气缸(5)内燃油喷射情况的摄像系统。


2.如权利要求1所述的模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置，其特征在于：所述喷油系统包括依次连通的油箱(1)、油泵(3)和喷油器(4)，所述喷油器(4)的喷油口伸入所述气缸(5)内。


3.如权利要求2所述的模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置，其特征在于：所述活塞驱动装置包括预紧弹簧(7)和固定于所述压力温度调节室(11)内的固定块(17)，所述预紧弹簧(7)的两端分别与所述活塞(6)和所述固定块(17)连接；所述活塞驱动装置还包括有用于固定活塞(6)及预紧弹簧(7)的限位块(16)。


4.如权利要求3所述的模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置，其特征在于：所述摄像系统包括高速摄像机(18)和激光系统；所述高速摄像机(18)的摄像头对准所述气缸(5)内的燃烧室；所述激光系统包括依次设置的Xecl准分子激光器(19)、第一反光镜(20)、第二反光镜(21)、扩束镜(22)、准直镜(23)、压缩镜(24)和分光镜(25)；所述气缸(5)设于压缩镜(24)和分光镜(25)之间；所述Xecl准分子激光器(19)发射的激光(26)依次经第一反光镜(20)、第二反光镜(21)、扩束镜(22)、准直镜(23)和压缩镜(24)后射入所述气缸(5)内，之后从气缸(5)内射出的激光(26)经分光镜(25)射入所述高速摄像机(18)的摄像头。


5.如权利要求4所述的模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的装置，其特征在于：还包括有控制系统；所述控制系统包括霍尔传感器(8)、电源(9)和ECU(10)；所述霍尔传感器(8)设于所述气缸(5)的一侧，用于测量所述活塞(6)的位置；所述ECU(10)分别与所述喷油器(4)、霍尔传感器(8)和高速摄像机(18)控制连接，所述电源(9)用于向所述ECU(10)供电。


6.使用如权利要求5所述的装置模拟高原环境对航空活塞发动机喷雾特性影响的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在所述油箱(1)中填充荧光剂用来模拟重油喷雾，调整所述喷油器(4)伸入气缸(5)内燃烧室到合适的深度；
步骤2：打开Xecl准分子激光器(19)，调整第一反光镜(20)和第二反光镜(21)，使Xecl准分子激光器(19)发射的激光(26)到扩束镜(22)前，经过扩束镜(22)改变激光(26)的直径，然后经过准直镜(23)将激光(26)的光束汇聚，最后经压缩镜(24)将激光(26)的光束转化为一束激光(26)照射入气缸(5)内的燃烧室中；
步骤3：调整分光镜(25)和高速摄像机(18)的角度，将气缸(5)内激光(26)的光束引到高速摄像机(18)的摄像头前；
步骤4：打开所述真空泵(...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志强，苏博民，李智文，符鑫，丁佳伟，吴学舜，田维，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51