专利名称：涡轴发动机的压气机压力畸变特性试验系统的制作方法
技术领域：
涡轴发动机的压气机压力畸变特性试验系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种涡轴发动机的压气机压力畸变特性试验系统，主要用于能源动力和国防军工领域中各种涡轴发动机系统中的压气机畸变特性试验、测量和研究分析， 也可为大专院校、研究单位和工业部门的教学科研和人员培训提供技术支持。
背景技术：
[0002]现代先进的航空燃气轮机、地面燃气轮机和车辆船舶燃气轮机系统中大量采用带有多级轴流压气机的涡轴发动机。压气机的主要作用是通过叶轮旋转，对发动机进口轴向进气的空气进行压缩，为发动机做功提供压缩空气。多级轴流压气机增压比大、流量高、性能优良，但是会存在不稳定问题。[0003]影响多级轴流压气机稳定性的因素很多，最主要的是压气机进口气流流场不均匀造成的畸变。发动机进口的均匀流动条件是设计中所期望的，然而由于进气道的外形及几何形状、工作状态以及进气道与发动机是否匹配等因素必然使气流在燃气轮机进口产生一定的流动不均匀。在飞机宽广的飞行包线范围和机动姿态下，进气道出口流场畸变是现实存在的，例如飞机在发射武器、机动飞行、飞行时打开反推力装置、进气道未启动工况等都会造成压气机进口温度或压力的扰动，因此研究进口畸变对多级轴流压气机的性能和稳定性的影响是非常重要的。发明内容[0004]本实用新型的目的在于提供一种涡轴发动机的压气机压力畸变特性试验系统，采用了多种压力畸变发生装置，实现了压气机压力畸变特性试验与研究。[0005]本实用新型的技术方案是一种涡轴发动机压气机压力畸变特性试验系统，包括: 压气机试验装置、电机驱动系统和测量控制系统，所述压气机试验装置由压气机进气道、畸变发生装置、压气机和节流装置依次连接组成；所述电机驱动系统由变频器、驱动电机和联轴器依次连接组成；所述测量控制系统主要由计算机、测试分析仪器和传感器组成。[0006]上述方案中，所述压气机试验装置中，将压气机的进口、级间和出口三个位置作为测量截面，采用周向均布的六根测量耙，用以提高测量效率和准确性。[0007]上述方案中，所述畸变发生装置采用畸变模拟板、畸变模拟网或畸变插板的结构形式。其中，畸变模拟板用以模拟周向畸变，畸变模拟网用以模拟周向径向畸变，畸变插板用以模拟周向径向畸变。畸变模拟板和畸变模拟网属于静止装置，直接安装在压气机进气道的选定位置。而畸变插板可以是静止式也可以是移动式。[0008]压气机由异步交流电机作为驱动电机提供动力，由变频器控制转速。压气机出气流量由节流装置控制，手动调节。各种气动参数的采集、转速控制全部由测量控制系统完成。[0009]在压气机进口、级间、出口位置布置压力传感器，通过改变进口畸变发生装置所产生的不同畸变强度，观测压气机不同的工作特性和失速特征，利用计算机和数据采集系统等测试仪器对试验数据进行监控和记录。[0010]对可以表征进口畸变产生的流场的压力或速度分布进行测量，并将压气机在进口畸变时的工作特性曲线和失速点进行测量。一般要给出压气机进口纵向流场断面图和有无进口畸变时压气机的稳态特性曲线(即压力系数-流量系数图)的测量结果。[0011]对压气机进口畸变的特征量(多为非稳态数据)进行实时测量。改变实验的一些输入条件(如畸变装置的轴向位置、周向宽度以及压气机叶片形状转速等)，沿某个自变量如时间、频率、周向角等，记录这些的变化，得出具有一定科研意义的结论。有必要时，还要进行诸如傅立叶变换、快速傅立叶变换等的数据转换工作。[0012]本实用新型的有益效果是采用了多种压力畸变发生装置。该系统在压气机地面试验台上，利用畸变发生装置在压气机进口建立所需的压力畸变流场，在均匀进气和畸变进气条件下，测量压气机级间流场(总压、静压、总温分布)、畸变传递和压气机台架性能等参数。通过对试验结果的分析，进行畸变影响机理和压气机性能及稳定性的研究。


[0013]图I是压气机畸变特性试验系统示意图。[0014]图2是畸变模拟板的结构示意图。[0015]图3是整体形畸变模拟网的结构示意图。[0016]图4是月牙形畸变模拟网的结构示意图。[0017]图5是扇形畸变模拟网的结构示意图。[0018]图6是畸变插板的结构示意图。[0019]图7是压气机测量截面的测点布置示意图。[0020]图I中，I-进气段，2-压气机进口测量截面，3-进口畸变生成装置，4-压气机， 5-压气机进口导向叶片，6-压气机转子，7-压气机静子，8-压气机出口测量截面，9-压气机出口节流装置，10-电机驱动系统，11-压气机级间测量截面。[0021]图7中，S1-S30为静态压力测量位置，D1-D6为动态压力测量位置。
具体实施方式
[0022]
以下结合附图对本实用新型的结构和工作原理作详细说明。[0023]参见图1，本实用新型的涡轴发动机压气机压力畸变特性试验系统包括压气机试验装置、电机驱动系统和测量控制系统，压气机试验装置由压气机进气段I、畸变发生装置3、压气机4和节流装置9依次连接组成；电机驱动系统10由变频器、驱动电机和联轴器依次连接组成；测量控制系统主要由计算机、测试分析仪器和传感器组成。在压气机进口设置测量截面2，在压气机出口设置测量截面8，在压气机级间设置测量截面11，压气机设有导向叶片5,压气机转子6和压气机静子7。[0024]设置畸变发生装置距压气机进口截面的相对轴向距离为L/2R=3. 5。根据试验需要，分别采用畸变模拟板、畸变模拟网和畸变插板三种畸变发生装置，每种装置的参数根据试验需要进行一定的设置。畸变模拟网和畸变模拟板的外缘直径与压气机通流截面的内径相同。畸变发生装置距压气机进口截面的轴向距离L可以根据试验需要进行调整，轴向距离L与流道半径R的比值L/2R最大可达6. 453，最小为I. 37。[0025]对进口畸变生成装置和压气机进口、内部的流场的测量装置进行设计、分析和合理的布置。由于压力畸变可以分为径向畸变、周向畸变和径向-周向组合式畸变，所以针对模拟不同畸变的需求，可以采用不同的畸变发生装置。[0026]参见图2，对于周向总压畸变，一般可采用环形的畸变模拟板。环形板的板条宽度、 厚度可以根据需要而改变，板条的边缘可以做成各种形式的倒角，因而板后气流形成一定强度的紊流，以模拟稳态总压畸变和紊流度，其优点是结构简单，安全可靠，但是其加工和调整比较困难。图2中，Rl为环形板通流部分的半径，R2和R3分别为板体的内缘和外缘半径。[0027]参见图3-图5，对于周向和径向总压畸变，一般可采用整体形、扇形或月牙形的畸变模拟网。畸变模拟网由支架、托网、基网和贴网组成，可以根据不同的试验要求，采用各种不同规格的网眼和形状，其优点是制作使用比较简单。图3为整体形畸变模拟网，将整个压气机进口的通流区域完全覆盖。图4、图5分别是月牙形和扇形畸变网，根据试验需要，可以灵活设定月牙形和扇形两端半径的夹角P和a，在夹角区域内设定畸变网屏，从而产生一定的畸变效果。两种畸变模拟网均由钢制外框固定于压气机外壳和定子上，金属网为100 目的金属过滤网。[0028]参见图6，畸变插板是通过将插板按照不同深度的要求，插入发动机进口前的流道，以此对来流产生不同的扰动。畸变插板可以在压气机进口产生压力损失，边缘的分离流可以产生紊流，从而得到所需的特定进口流场，其主要优点是可以在不同的畸变流场间随时变换而不用停车调换畸变发生器，从而节约了试验的时间、强度和费用。畸变插板沿着径向插入压气机流动截面，插板的高度h2和宽度hi可以根据试验需要进行设置，从而产生一定的畸变效果。插板的插入深度h2与通流面积的半径R之间的的相对深度，其最大值是 h2/R=0. 76。插板的插入深度h2越大,堵塞比(插板面积与所占截面面积之比)越大,贝U插板后的畸变低压区范围及强度就越大。畸变插板可以为静止式或移动式。[0029]参见图7，在畸变测试中，由于在压气机流道中设置了各种形式的畸变装置，产生的畸变流场效应的破坏了压气机进气条件的周向和径向均匀性，因此，在各个测量截面上的气动参数测量上，采取了周向均布的6根测量耙，分别记为A、B、C、D、E、F。每根测量耙沿径向等环面积分布若干个总压测量探针孔。在测量截面上布置了 30个静态和6个动态压力测量点，如图7中序号S1-S30和D1-D6所示。在每只测压耙上，静态压力测点沿着径向的相对半径依次为0. 538,0. 671,0. 779,0. 878,0. 961。6个动态压力测点设置在相对半径0. 9处。[0030]稳态总压和动态总压的测量与记录均由高速数据采集系统完成，试验中对所有的稳态和动态总压的采集都采用并行采样和存储工作方式，稳态总压的采样频率设为 IOOOHz，动态总压的采样频率设为10000Hz。
权利要求1.一种涡轴发动机压气机压力畸变特性试验系统，包括压气机试验装置、电机驱动系统和测量控制系统，其特征在于所述压气机试验装置由压气机进气道、畸变发生装置、 压气机和节流装置依次连接组成；所述电机驱动系统由变频器、驱动电机和联轴器依次连接组成；所述测量控制系统主要由计算机、测试分析仪器和传感器组成。
2.根据权利要求I所述的压气机压力畸变特性试验系统，其特征在于所述压气机试验装置中，将压气机的进口、级间和出口三个位置作为测量截面，采用周向均布的六根测量奉巴。
3.根据权利要求I或2所述的压气机压力畸变特性试验系统，其特征在于所述畸变发生装置采用畸变模拟板、畸变模拟网或畸变插板的结构形式。
4.根据权利要求3所述的压气机压力畸变特性试验系统，其特征在于所述畸变模拟板为环形，板条宽度、厚度可以根据需要而改变，板条的边缘可以具有各种形式的倒角。
5.根据权利要求3所述的压气机压力畸变特性试验系统，其特征在于所述畸变模拟网为整体形、扇形或月牙形的结构形式。
6.根据权利要求3所述的压气机压力畸变特性试验系统，其特征在于所述畸变插板沿着径向插入压气机流动截面，插板插入的高度和宽度可以调节，插板可以为静止式或移动式。
专利摘要本实用新型涉及一种涡轴发动机的压气机压力畸变特性试验系统。它包括压气机试验装置、电机驱动系统和测量控制系统，所述压气机试验装置由压气机进气道、畸变发生装置、压气机和节流装置依次连接组成；所述电机驱动系统由变频器、驱动电机和联轴器依次连接组成；所述测量控制系统主要由计算机、测试分析仪器和传感器组成。本实用新型采用了多种压力畸变发生装置，利用畸变发生装置在压气机进口建立所需的压力畸变流场，在均匀进气和畸变进气条件下，测量压气机级间流场(总压、静压、总温分布)、畸变传递和压气机台架性能等参数。通过对试验结果的分析，进行畸变影响机理和压气机性能及稳定性的研究。
文档编号G01M15/00GK202305215SQ201120392919
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月14日 优先权日2011年10月14日
发明者房爱兵, 朱若虚, 李军, 桑增产, 王军强, 肖阳, 袁俊, 陈策, 黄海 申请人:中国人民解放军总参谋部陆航研究所, 桑增产