一种大涵道比发动机核心机试验中的进气装置的制作方法

1.本发明属于航空发动机试验技术领域，具体涉及一种大涵道比发动机核心机试验中的进气装置。


背景技术：

2.在航空发动机稳态性能试验中，提供一个发动机需要的进口流场对于正确评定其性能是非常有必要的。目前，在航空发动机地面与高空试验中，在发动机前均需要安装流量管，一方面为发动机提供均匀进气流场，一方面需在流量管上测量相关进气参数。为保证流量管上空气流量的测量精度，试验过程中流量管内气流马赫数应该在0.2~0.6范围内，这种要求对整机一般很容易达到，但对某些核心机却很难达到。
3.针对某型大涵道比航空发动机，其内涵直径较大、流量较小，因此在其核心机试验过程中，若直接在发动机前安装等直径流量管，流量管内马赫数小于0.2，达不到空气流量测量要求，若在小直径流量管后接扩张转接段与核心机相连，此时转接段出口总压畸变较大，会对高压压气机性能产生影响。
4.因此，需要提出一种大涵道比发动机核心机试验中模拟整机压力场的进气装置。


技术实现要素：

5.为了解决某型大涵道比发动机核心机进口直径较大、空气流量较小，从而导致其前端流量管内马赫数较小，不满足空气流量测量要求，若在小直径流量管后接扩张转接段与核心机相连，此时转接段出口总压畸变较大，会对高压压气机性能产生影响的这一问题。本发明提出了一种大涵道比发动机核心机试验中模拟整机压力场的进气装置，该装置通过在一段扩张通道中加入一段经过仿真设计的套筒，改变原扩张通道的流量分配，起到了调控核心机进口压力场的作用，进而为核心机提供类似整机的压力场，为试验得到整机环境下的核心机性能提供保障。
6.为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，一种大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，用于在发动机核心机试验中模拟整机压力场，所述进气装置包括顺着气流方向依次设置的进口导流盆、空气流量测量段、扩张段以及发动机进口转接段，所述扩张段内设有用于对来流进行预分配的内套筒，所述内套筒与扩张段通过多个内外套筒支撑板连接。
7.本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，还具有这样的特征，所述进口导流盆内型面采用四分之一双扭线，双纽线方程为：，
其中，a取0.6~0.7d’，取0
°
~45
°
，d’为导流盆出口直径，x为双纽线上任一点的x轴坐标，y为双纽线上任一点的y坐标，r为双纽线常数。
8.本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，还具有这样的特征，所述空气流量测量段为平直管道，所述空气流量测量段的直径d与所述导流盆出口直径d’相同。
9.本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，还具有这样的特征，所述空气流量测量段的空气流量w为：，其中，a为空气流量测量段的截面积；k为指数；为总压；ma为马赫数；为总温；q（ma）为密流函数，则；；；，其中，k为绝热指数；r为气体常数；为静压，所述空气流量测量段的长度为1.5倍的空气流量测量段直径d。
10.本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，还具有这样的特征，所述扩张段的进口端连接空气流量测量段，出口端连接发动机进口转接段，所述扩张段的外壁相对于中心轴线的扩张角为4
°‑6°
。
11.本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，还具有这样的特征，所述进口导流盆、所述空气流量测量段、所述扩张段以及发动机进口转接段分别通过第一连接段、第二连接段和第三连接段连接，所述第二连接段和第三连接段设有用于圆弧过渡的圆弧倒角，所述发动机进口转接段上布有压力测点。
12.本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，还具有这样的特征，所述内套筒出口端的截面与所述第三连接段的中心截面重合，所述内套筒的长度大于扩张段长度。
13.本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，还具有这样的特征，所述内外套筒支撑板为流线型支撑板，多个内外套筒支撑板均布在扩张段的两个截面上，内外套筒支撑板数量为4或6，不同截面上的内外套筒支撑板的安装位置错开设置，所述两个截面的距离不小于扩张段长度的2/3。
14.本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，还具有这样的特征，所述内套筒进口端的截面积为所述空气流量测量段截面积的0.2-0.5。
15.本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，还具有这样的特征，所述内套筒扩张设置，所述内套筒的外壁与中心轴线的偏角通过流体仿真计算得到。
16.有益效果：本发明所提供的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置通过在扩张通道内加入套筒的方式，一方面减小了空气流量测量处流量管的直径，使其内气流马赫数处于0.2～0.6之间，达到空气流量测量要求；另一方面，改变了扩张通道内的流量分配，使核心机进口处外机匣附近总压更高，更接近整机环境下核心机进口处的压力场分布，试验结果更接近整机环境下的核心机性能。同时整个装置使用三处连接段，方便该装置配装不同高空台与地面台。
附图说明
17.为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
18.图1为本发明实施例所提供的进气装置的结构示意图；图2为图1中c-c截面的剖面图；图3为本发明实施例中的空气流量测量段、第二连接段和扩张段外筒之间连接处的放大图；图4为本发明实施例中内外套筒支撑板和内套筒的安装示意图；图5为本发明实施例中的流线型内外套筒支撑板的结构示意图；图6为核心机高压压气机进口压力场的示意图，其中：1：进口导流盆；2：第一连接段；3：空气流量测量段；4：第二连接段；5：扩张段；6：第三连接段；7：发动机进口转接段；8：内外套筒支撑板；9：内套筒。
具体实施方式
19.下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
20.在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
21.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
22.术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
23.如图1-图6所示，本发明实施例提供了一种大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，用于在发动机核心机试验中模拟整机压力场，所述进气装置包括顺着气流方向依次设置的进口导流盆1、空气流量测量段3、扩张段5以及发动机进口转接段7，所述扩张段5内设有用于对来流进行预分配的内套筒9，所述内套筒9与扩张段5通过多个内外套筒支撑板8连接。
24.在部分实施例中，所述进口导流盆1的内型面采用四分之一双扭线，双纽线方程为：，其中，a取0.6~0.7d’，取0
°
~45
°
，d’为进口导流盆1的出口直径，x为双纽线上任一点的x轴坐标，y为双纽线上任一点的y坐标，r为双纽线常数。
25.在部分实施例中，所述空气流量测量段3为平直管道，所述空气流量测量段3的直径d与所述进口导流盆1的出口直径d’相同。
26.在部分实施例中，所述空气流量测量段3的空气流量w为：，其中，a为空气流量测量段3的截面积；k为指数；为总压；ma为马赫数；为总温；q（ma）为密流函数，则；；；，其中，k为绝热指数；r为气体常数；为静压，所述空气流量测量段3的长度为1.5倍的空气流量测量段3直径d。
27.在上述实施例中，核心机进口空气流量、总温、总压已知，在核心机试验过程中，通
过上述实施例所提供的公式可以计算出能保证测量段马赫数在0.2-0.6所需要的空气流量测量段3的直径d。基于空气流量测量段3的流场会受到进口导流盆1以及内套筒9造成的扰动影响，而空气流量测量段3的长度为1.5d可以使得空气流量测量段3的截面保证一个稳定的流场。
28.在部分实施例中，所述扩张段5的进口端连接空气流量测量段3，扩张段5的出口端连接发动机进口转接段7，所述扩张段5的外壁相对于中心轴线的扩张角为4
°‑6°
。
29.在部分实施例中，所述进口导流盆1、所述空气流量测量段3、所述扩张段5以及发动机进口转接段7分别通过第一连接段2、第二连接段4和第三连接段6连接，所述第二连接段4和第三连接段6设有用于圆弧过渡的圆弧倒角，所述发动机进口转接段7为平直段，内套筒9内外气流在发动机进口转接段7掺混，发动机进口转接段7上布有压力测点。第一连接段2、第二连接段4和第三连接段6通过法兰连接，方便拆卸配装。
30.在部分实施例中，所述内套筒9出口端的截面与所述第三连接段6的中心截面重合，所述内套筒9的长度大于扩张段5长度。
31.在部分实施例中，所述内外套筒支撑板8为流线型支撑板，多个内外套筒支撑板8均布在扩张段5的两个截面上，内外套筒支撑板8数量为4或6，不同截面上的内外套筒支撑板8的安装位置错开设置，所述两个截面的距离不小于扩张段长度的2/3。
32.在部分实施例中，所述内套筒9进口端的截面积为所述空气流量测量段3截面积的0.24。
33.在部分实施例中，所述内套筒9扩张设置，所述内套筒的外壁与中心轴线的偏角通过流体仿真计算得到。
34.如图5所示，分别设计内套筒9扩张角为5
°
、6
°
，输入核心机设计点状态下的边界条件，通过流场仿真软件进行计算，即可得到内套筒9扩张角分别为5
°
、6
°
时的核心机高压压气机进口径向总压分布曲线。随后进一步改变内套筒9扩张角，使其计算的核心机高压压气机进口径向总压分布曲线逐渐逼近整机状态下实测的核心机高压压气机进口径向总压分布曲线。取计算得到的径向总压分布曲线与实测的径向总压分布曲线最接近时的内套筒9扩张角度为最终偏转角度。
35.综上，前述实施例所提供的装置通过在扩张通道内加入套筒的方式，一方面减小了空气流量测量处流量管的直径，使其内气流马赫数处于0.2～0.6之间，达到空气流量测量要求；另一方面，改变了扩张通道内的流量分配，使核心机进口处外机匣附近总压更高，更接近整机环境下核心机进口处的压力场分布，试验结果更接近整机环境下的核心机性能。同时整个装置使用三处连接段，方便该装置配装不同高空台与地面台。
36.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，用于在发动机核心机试验中模拟整机压力场，其特征在于，所述进气装置包括顺着气流方向依次设置的进口导流盆（1）、空气流量测量段（3）、扩张段（5）以及发动机进口转接段（7），所述扩张段（5）内设有用于对来流进行预分配的内套筒（9），所述内套筒（9）与所述扩张段（5）通过多个内外套筒支撑板（8）连接。2.根据权利要求1所述的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，其特征在于，所述进口导流盆（1）内型面采用四分之一双扭线，双纽线方程为：，其中，a取0.6~0.7d’，取0
°
~45
°
，d’为所述进口导流盆（1）出口的直径，x为双纽线上任一点的x轴坐标，y为双纽线上任一点的y坐标，r为双纽线常数。3.根据权利要求1所述的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，其特征在于，所述空气流量测量段（3）为平直管道，所述空气流量测量段（3）的直径与所述进口导流盆（1）出口直径相同。4.根据权利要求1所述的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，其特征在于，所述空气流量测量段（3）的空气流量w为：其中，a为所述空气流量测量段（3）的截面积；k为指数； 为总压；ma为马赫数；为总温；q（ma）为密流函数，则；；；，其中，k为绝热指数；r为气体常数；为静压，所述空气流量测量段（3）的长度为1.5倍的所述空气流量测量段（3）直径d。5.根据权利要求1所述的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，其特征在于，所述扩张段（5）的进口端连接所述空气流量测量段（3），所述扩张段（5）的出口端连接所述发动机进口转接段（7），所述扩张段（5）的外壁相对于中心轴线的扩张角为4
°‑6°
。
6.根据权利要求1所述的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，其特征在于，所述进口导流盆（1）、所述空气流量测量段（3）、所述扩张段（5）以及所述发动机进口转接段（7）分别通过第一连接段（2）、第二连接段（4）和第三连接段（6）连接，所述第二连接段（4）和所述第三连接段（6）设有用于圆弧过渡的圆弧倒角，所述发动机进口转接段（7）上布有压力测点。7.根据权利要求6所述的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，其特征在于，所述内套筒（9）出口端的截面与所述第三连接段（6）的中心截面重合，所述内套筒（9）的长度大于所述扩张段（5）长度。8.根据权利要求1所述的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，其特征在于，所述内外套筒支撑板（8）为流线型支撑板，多个所述内外套筒支撑板（8）均布在所述扩张段（5）的两个截面上，所述内外套筒支撑板（8）数量为4或6，不同截面上的所述内外套筒支撑板（8）的安装位置错开设置，所述两个截面的距离不小于所述扩张段（5）长度的2/3。9.根据权利要求7所述的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，其特征在于，所述内套筒（9）进口端的截面积为所述空气流量测量段（3）截面积的0.2-0.5。10.根据权利要求1所述的大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，其特征在于，所述内套筒（9）扩张设置。

技术总结
本发明提供了一种大涵道比发动机核心机试验中的进气装置，属于航空发动机试验技术领域，该装置用于在发动机核心机试验中模拟整机压力场，包括顺着气流方向依次设置的进口导流盆、空气流量测量段、扩张段以及发动机进口转接段，扩张段内设有用于对来流进行预分配的内套筒，内套筒与扩张段通过多个内外套筒支撑板连接。该进气装置通过在扩张通道内加入套筒的方式，一方面减小了空气流量测量处流量管的直径，使其内气流马赫数处于0.2～0.6之间；另一方面，改变了扩张通道内的流量分配，使核心机进口处外机匣附近总压更高，更接近整机环境下核心机进口处的压力场分布，试验结果更接近整机环境下的核心机性能。机环境下的核心机性能。机环境下的核心机性能。


技术研发人员：刘盾盾 赵涌 钟华贵 宋子军 薛原 蔡云
受保护的技术使用者：中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/7/7