超音速发动机试验台及其试验方法技术

一种超音速发动机试验台，高空模拟舱为密封的壳体结构，发动机推力测量台架固定安装在高空模拟舱内，被试发动机安装在发动机推力测量台架上；进气系统与所述被试发动机或排气系统连通，排气系统的一端穿过高空模拟舱的壳体表面固定安装在高空模拟舱内部，另一端与所述尾气处理系统固定连通。发明专利技术的超音速发动机试车台，实现超音速发动机以及发动机地面试验时，超音速发动机的超音速进气状态模拟；同时，其发动机推力测量台架，实现了发动机推力的测量，结构简单，此外，实现了发动机试验台尾气的处理，使由碱性喷淋塔出气口排出的气体符合国家污染物排放标准；通过设置消音塔，对排气系统的排气进行了消音降噪，避免了噪声污染。

Supersonic engine test bench and its test method

【技术实现步骤摘要】
超音速发动机试验台及其试验方法
本专利技术涉及发动机试验
，尤其是一种超音速发动机试验台及其试验方法。
技术介绍
发动机试验与测试技术是固体推进技术的重要组成部分，航空发动机在进行试飞前，需在地面做高空模拟试验，发动机试验时，要求一组进气参数，包括进气总压，进气空气流量，进气氧含量，进气总温，发动机供油油量称之为进气状态点，同时达到设定值及稳定后，记录其性能及参数或考核其性能。随着发动机的日趋成熟，超音速发动机的应用日趋广泛，在此基础上，用于飞机尤其是无人机的超音速发动机以及发动机地面试验时，发动机进气系统需要模拟超音速发动机的超音速进气状态，现有发动机试车台技术，对于超音速发动机进气模拟尚无成熟技术，同时对于模拟状态何时达到稳定状态也无准确的理论判定方法，导致试验模拟效果差，试验周期长，成本高，资源浪费情况严重。其次，推力测量则是发动机试验与测试中需要测量的一个重要参数。要研究发动机推力，需要做大量反复的试验，这些试验若都放到飞行试验中是不可能的。主要原因是飞行试验成本高、周期长、信息收获量小、具有冒险性、需要耗费大量的人力。这就需要进行发动机地面试车试验，发动机地面试验是指在地面上根据特定的条件及环境要求，对系统进行静态试验，获取描述系统的各项性能指标信息，以便解决发动机推力测试过程中的关键问题，然而现有技术中，对于发动机推力的实验设备尚无成熟性技术。再次，针对涡扇发动机、固冲发动机等航空航天发动机的发动机试验台，其排出的气体的主要成分为二氧化碳和硫化氢并含有一定的颗粒物，颗粒物主要包括三氧化二硼和氧化镁，试验台排出的废气如果直接排入大气将会极大的对大气造成污染，导致酸雨的产生，同时排放的颗粒物会形成PM10、PM2.5等污染物污染大气，极不环保，而现有技术中，针对涡扇发动机、固冲发动机等航空航天发动机的发动机试验台的尾气处理尚无成熟有效的方法。此外，污染发动机试验台各工作场所和周围环境的噪声源，主要来自空气动力噪声，该噪声源仅存在于试验台试车时，由高压、高速、高温的压缩空气和燃气在金属或其它围护结构内流动或向大气排放时产生高达130dB(A)以上的噪声。噪声是人们不需要的声音，人耳能听到的声音频率为20HZ至20000HZ以内，这是人们能直接感受的噪声，此频率以外的噪声是人耳感受不到无声杀手，也是噪声控制的对象。目前各国家根据不同环境规定噪声要控制在不同的声压级以内。根据我国家环境保护法有关规定，每天工作8小时的新建企业允许噪声声压级为85dB(A)，每天工作1小时允许94dB(A)。对于发动机试验台这类声功率大于130dB(A)、作用时间短、工作场所远离城镇和居民区，噪声控制目的主要是使试验台工作人员场所噪声达到规定指标和尽可能减少对试验台以外环境的噪声。对于试验台产生噪声的消音降噪的方法，现有技术尚无十分成熟有效的技术手段，申请人在先申请CN203910262U，提出了一种消声器，其对试验台的消音降噪起到了一定的效果，但是其消声器的厚片组件和薄片组件交错排列的方式，需要较大的占地面积，一方面，当发动机试验台的排气流量较小时，为了保证消声质量，仍需建立多个厚片组件和薄片组件(每层消音片组件至少需要2片消声器的厚片组件和2片消声器的薄片组件另加半片消声器的厚片组件和半片消声器的薄片组件)，导致成本大幅提高；另一方面，当发动机试验台的允许安装消声设备的地面积较小不允许每层设置如该专利申请所述的消声器的厚片组件和薄片组件交错排列时，去掉任何一片消音片均导致消音能力的下降。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种超音速发动机试验台及其试验方法。本专利技术的技术解决方案是：一种超音速发动机试验台，包括进气系统，发动机推力测量台架，排气系统，尾气处理系统和高空模拟舱；高空模拟舱为密封的壳体结构，发动机推力测量台架固定安装在高空模拟舱内，被试发动机安装在发动机推力测量台架上；进气系统与所述被试发动机或排气系统连通，排气系统的一端穿过高空模拟舱的壳体表面固定安装在高空模拟舱内部，另一端与所述尾气处理系统固定连通。本专利技术与现有技术相比的优点在于：1、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，其进气系统在温度模拟单元和发动机进气口之间设置拉瓦尔型的超音速喷管，实现超音速发动机以及发动机地面试验时，超音速发动机的超音速进气状态模拟，通过发动机进气供给源模拟发动机进气流量，进气总压，同时，通过氧气供给源为发动机进气进行补氧并通过温度模拟单元模拟发动机的进气温度，实现了发动机进气的真实模拟，模拟精度高；设置酒精供给源，通过点火器将酒精点燃产生热量在温度模拟单元内与发动机进气换热，实现发动机进气温度的调节；通过燃油供给源实现对发动机的供油；通过设置各种阀门，实现相关供给源的流量和压力可调，进而实现多状态点的模拟。2、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，将被试发动机至于模拟舱内，模拟舱采用密封状态，通过排气引射器抽气，模拟发动机处于不同飞行高度的环境压力，通过引射器主动气流供给源为排气引射器提供引射气流，方法简单；通过燃油供给源实现对发动机的供油。3、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，其发动机推力测量台架实现了发动机推力的测量，结构简单。4、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，其发动机推力测量台架，巧妙的将动架通过弹簧片悬挂在定架上，并辅以力传感器测量发动机的推力，简单易行。5、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，其发动机推力测量台架中，设置测量段托架，以保证用于测量被试发动机进气参数的测量段与发动机同轴，既保证了发动机进气模拟的精度，又提高了发动机进气参数测量的精度。6、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，其发动机推力测量台架中，其动架总体刚度较大，为了保证试验架动态性能，在设计上合理分布受力元件，采用结构等强度原则，去掉材料的不受力部分等优化设计，减轻动架质量。7、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，其发动机推力测量台架中，其定架设置水平底座，提高整个定架的承力能力。8、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，其发动机推力测量台架中，设置锁紧状态，使发动机在未试验状态或者试验前安装发动机时，动架与定架保持固定状态，延长了发动机推力测量台架的使用寿命，同时避免在动架在自有状态下(未使用锁紧状态)下安装发动机及其相关试验件时对弹簧片施加不可逆外力甚至对弹簧片造成损伤，保证了发动机推力测量台架的精度。9、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，其发动机推力测量台架中，采用龙门式发动机安装架，将发动机悬挂设置，提高了发动机推力的测量精度，并设置前接头和后接头位置可调节，大幅提高了发动机安装架的适用范围，解决了以往一个发动机设置一个发动机安装架的问题。10、本专利技术的超音速发动机试验台及其试验方法，其发动机推力测量台架中，采用标准力传感器对工作力传感器进行工作力传感器的误差确定，静态校准，由此产生一组高精度的已知“模拟推力”对测力系统进行定度，由于它复现了试验状态的变形及受力情况，消本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超音速发动机试验台，其特征在于，包括进气系统，发动机推力测量台架，排气系统，尾气处理系统和高空模拟舱；高空模拟舱为密封的壳体结构，发动机推力测量台架固定安装在高空模拟舱内，被试发动机安装在发动机推力测量台架上；进气系统与所述被试发动机或排气系统连通，排气系统的一端穿过高空模拟舱的壳体表面固定安装在高空模拟舱内部，另一端与所述尾气处理系统固定连通。/n

【技术特征摘要】
1.一种超音速发动机试验台，其特征在于，包括进气系统，发动机推力测量台架，排气系统，尾气处理系统和高空模拟舱；高空模拟舱为密封的壳体结构，发动机推力测量台架固定安装在高空模拟舱内，被试发动机安装在发动机推力测量台架上；进气系统与所述被试发动机或排气系统连通，排气系统的一端穿过高空模拟舱的壳体表面固定安装在高空模拟舱内部，另一端与所述尾气处理系统固定连通。


2.根据权利要求1所述的超音速发动机试验台，其特征在于：进气系统包括供给源，温度模拟单元和超音速喷管；供给源包括燃油供给源，氧气供给源，发动机进气供给源，酒精供给源和引射器主动气流供给源。


3.根据权利要求1所述的超音速发动机试验台，其特征在于：发动机推力测量台架，包括定架，动架和加载测量装置；加载测量装置包括弹簧片，加载机构和工作力传感器；动架通过弹簧片悬挂在定架上，加载机构固定安装在定架上，工作力传感器两端分别连接定架和动架。


4.根据权利要求3所述的超音速发动机试验台，其特征在于：动架包括动架架体，第一动架弹簧片安装座，动架工作力传感器安装座，第二动架弹簧片安装座和动架标准力传感器安装座；沿动架架体长度方向，动架标准力传感器安装座固定安装在动架架体的前端底面；第一动架弹簧片安装座包括2个固定安装在动架架体的前端底面并分别位于动架标准力传感器安装座两侧；动架工作力传感器安装座固定安装在动架架体底部并位于沿动架架体长度方向的中心线上；第二动架弹簧片安装座包括2个分别固定安装在动架架体的后端底面。


5.根据权利要求4所述的超音速发动机试验台，其特征在于：
定架包括底座，前安装座，加载机构安装座，第一定架弹簧片安装座，定架工作力传感器安装座，后安装座和第二定架弹簧片安装座；底座为长方体结构，沿底座长度方向，前安装座和后安装座分别固定安装在底座的前端和后端，后安装座包括横板和竖板，横板和竖板构成“L”型；加载机构安装座固定安装在前安装座上，第一定架弹簧片安装座包括2个，固定安装在底座的前端并分别位于前安装座两侧；定架工作力传感器安装座固定安装在底座上并位于沿底座长度方向的中心线上；第二定架弹簧片安装座包括2个，固定安装在底座的后端并分别位于后安装座两侧。


6.根据权利要求5所述的超音速发动机试验台，其特征在于：加载测量装置包括第一弹簧片，第二弹簧片，加载机构，标准力传感器和工作力传感器；第一弹簧片包括2个，每个第一弹簧片分别与一个第一定架弹簧片安装座和一个第一动架弹簧片安装座固定连接，第二弹簧片包括2个，每个第二弹簧片两端分别与一个第二定架弹簧片安装座和一个第二动架弹簧片安装座固定连接；加载机构固定安装在前安装座的横板上，标准力传感器固定安装在动架架体前端的挡板上，加载机构和标准力传感器同轴设置并与底座沿长度方向的中心线平行；工作力传感器两端分别与定架工作力传感器安装座和动架工作力传感器安装座固定连接，工作力传感器与加载机构和标准力传感器同轴设置。


7.根据权利要求1所述的超音速发动机试验台，尾气处理系统包括第一碱液喷淋塔，第二碱液喷淋塔，碱性液供应池，消音塔和尾气处理系统输入管路；第一碱液喷淋塔和第二碱液喷淋塔的喷淋塔进气口均与尾气处理系统输入管路连通，喷淋塔出气口均通过管路与消音塔连通，用于向喷淋系统输送碱性液体的输送管路一端与碱性液体供应池连通，另一端穿过喷淋塔碱液输入口后分别与喷淋塔第一喷淋系统和喷淋塔第二喷淋系统连通；消音塔内自下而上，依次固定安装有下层喷淋系统，中层喷淋系统和上层喷淋系统，下层喷淋系统，中层喷淋系统和上层喷淋系统通过管路与碱性液供应池连通。


8.根据权利要求7所述的超音速发动机试验台，第一碱液喷淋塔和第二碱液喷淋塔结构相同，第一碱液喷淋塔包括喷淋塔塔体，喷淋塔进气口，喷淋塔出气口，喷淋塔碱液输入口，喷淋塔第一填料层，喷淋塔第一喷淋系统，喷淋塔第二填料层，喷淋塔第二喷淋系统，喷淋塔液位计，喷淋塔循环泵，喷淋塔溢流口，喷淋塔排污口和喷淋塔维修口；喷淋塔塔体为中空圆柱体结构，喷淋塔进气口，喷淋塔碱液输入口，喷淋塔溢流口，喷淋塔排污口和喷淋塔维修口均设置在喷淋塔塔体的侧部，喷淋塔出气口设置在喷淋塔塔体顶部；喷淋塔循环泵设置在喷淋塔塔体外部，用于将碱性液体供应池内的碱性液体泵出通过用于向喷淋系统输送碱性液体的输送管路输送至喷淋塔第一喷淋系统和喷淋塔第二喷淋系统；喷淋塔溢流口的设置位置高于喷淋塔进气口，喷淋塔碱液输入口和喷淋塔排污口，喷淋塔排污口通过管路与外部废水处理设备连通；沿喷淋塔塔体的轴线，自下而上在喷淋塔塔体内部依次固定安装有喷淋塔第一填料层，喷淋塔第一喷淋系统，喷淋塔第二填料层和喷淋塔第二喷淋系统，喷淋塔液位计设置于喷淋塔塔体的侧部位于喷淋塔第一填料层下部，用于监测喷淋塔塔体底部废水的水位。


9.根据权利要求7所述的超音速发动机试验台，消音塔包括底部连通的入口消音片安装腔和出口消音片安装腔，入口消音片安装腔处固定安装有进口消音片组件，出口消音片安装腔处固定安装有出口消音片组件，第一碱液喷淋塔和第二碱液喷淋塔的喷淋塔出气口均通过管路与消音塔的入口消音片安装腔连通，出口消音片安装腔的出口与大气连通；在出口消音片安装腔内，在出口消音片组件下方，自下而上，依次固定安装有下层喷淋系统，中层喷淋系统和上层喷淋系统，下层喷淋系统，中层喷淋系统和上层喷淋系统通过管路与碱性液供应池连通，在消音塔外部设置有用于将碱性液体供应池内的碱性液体泵出输送至下层喷淋系统，中层喷淋系统和上层喷淋系统的泵。


10.一种使用权利要求1-9任一项所述的超音速发动机试验台对被试发动机进行试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100)、安装被试发动机...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海涛，王文彬，周培好，
申请(专利权)人：北京航天三发高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11