一种航空发动机整机试验文丘里喷嘴空气流量校准方法与流程

本专利涉及航空发动机试验测试技术领域，具体涉及一种航空发动机整机试验文丘里喷嘴空气流量校准方法。

背景技术：

空气流量测量是航空发动机整机试验中主要的性能测量参数之一，当前整机试验台测量方法主要采用压差-面积式直管装置、临界流文丘里喷嘴组合装置。其中，压差-面积式直管装置空气流量测量方法存在气流低速测量精度低、对压力测量精度要求高的缺点，临界流文丘里喷嘴组合空气流量测量方法具有测量精度高,优于0.5％。

大口径(特别是直径＞1米)进口发动机，对于在直接连接式整机试验台上试验，发动机进口工艺管道空气流量测量装置的高精度校准，国内还未有相应的校准方法和校准装置，特别是发动机进口气流马赫数小于0.3的工况，未校准的进气工艺管道空气流量测量存在较大的测量误差。因空气流量大、气流马赫数低等特点，而发动机高空模拟试验对空气流量的准确测量要求高，急需采用一种测量精度高，可结合航空发动机整机试验进行现场校准的校准装置。而国外航空发动机高空模拟试验直接采用了文丘里喷嘴测量装置作用空气理论测量方案，仅满足发动机稳态空气流量测量的精度要求，过渡态则无能为力。结合我国试验设备现状，采用文丘里喷嘴装置作为航空发动机整机试验空气流量校准装置较为合适，既提高了流量测量精度，也适应过渡态发动机空气流量测量，达到提高空气流量测量精度目的的同时，兼顾了当前空气流量测量方式的优势。

技术实现要素：

发明目的：

针对发动机高空模拟试验对空气流量的准确测量要求高的问题，本专利提出了一种航空发动机整机试验文丘里喷嘴空气流量校准方法。

技术方案：

一种航空发动机整机试验文丘里喷嘴空气流量校准方法，其特征在于，在高空台进气稳压室内安装并联组合临界流文丘里喷嘴组校准装置，喷嘴组为多个等喉部面积文丘里喷嘴，采用周向均匀嵌入安装隔板，喷嘴的数量依据高空台供气气源能力和主要被试发动机节流特性确定；校准装置整体采用法兰结构与稳压室连接，便于移除和安装，在校准装置前后安装整流栅格，以便得到均匀的来流和下游气流，空气流量测试布局按标准单个临界流文丘里喷嘴要求进行；

在给定压力条件下，依据实际校准空气流量大小，采用远程控制方式调节喷嘴开闭数量，调节中喷嘴投入以先周边后中间的顺序进行；同一校准空气流量采用调节喷嘴数量和喷嘴上下游压比两种方式实现校准；每个校准点标准空气流量为已打开喷嘴测量空气流量之和。

有益效果

本发明技术方案校准精度高，全量程流量校准精度优于0.5％，可结合大型连续气源供气装置进行发动机进口空气流量测量装置校准；适用性强，可满足不同进口口径发动机整机试验空气流量测量装置的校准需求。

当前国内针对大口径(目前指直径在1m～4m区间)进口发动机整机试验空气流量测量装置暂无校准方法。该校准方法解决了大口径发动机整机试验空气流量测量装置校准问题，为中等涵道比和大涵道比涡扇发动机高空模拟试验或海平面试验空气流量精确测量提供了可能。

附图说明

图1为本发明技术方案在航空发动机高空模拟试验舱内实施示意图。

图2为并联组合喷嘴工作情况示意图。

其中，临界文丘里喷嘴校准装置1，整流栅格2，d为喷嘴喉部直径。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明技术方案做详细叙述。

因大涵道比涡扇发动机一般结构尺寸大，高空台试验时，空气流量测量工艺管道连接在发动机进口，结构尺寸也较大。对于大于1米，甚至接近3米的高空台发动机进口空气流量测量工艺导管的校准在国内外还不具备单独进行校准的实验室条件。为此，本发明旨在依托高空台试验能力，首次提出采用高空台上现场校准的方案，并可实现发动机全包线范围内高度速度特性空气流量校准，当然亦可进行局部试验点一定雷诺数范围内的校准。

本发明具体实施中，在高空台进气稳压室内安装并联组合临界流文丘里喷嘴组校准装置，喷嘴组为多个等喉部面积文丘里喷嘴，采用周向均匀嵌入安装隔板，喷嘴数量依据高空台供气气源能力和主要被试发动机节流特性确定。校准装置整体采用法兰结构与稳压室连接，便于移除/安装。在校准装置前后安装整流栅格，以便得到均匀的来流和下游气流。空气流量测试布局按标准单个临界流文丘里喷嘴要求进行。

在给定压力条件下，依据实际校准空气流量大小，采用远程控制方式调节喷嘴开闭数量，调节中喷嘴投入以先周边后中间的顺序进行。同一校准空气流量采用调节喷嘴数量和喷嘴上下游压比两种方式实现校准。每个校准点标准空气流量为已打开喷嘴测量空气流量之和。

本发明具体实施方式中，校准用组合喷嘴结构为并联式组合，在大空间进行大流量测量采用组合并联式喷嘴装置的结构采用较多的是面积比法，即多个临界流文丘里喷嘴喉部面积呈等比关系，一般面积比2；另一种方法为等喉部直径设计，即多个临界流文丘里喷嘴喉部直径相等，面积比1。面积比2设计多应用于流量测量喉部气流雷诺数变化范围相对较小的试验设备上，且该设计方法随喷嘴组合的变化，流量变化梯度逐级增大，特别是大口径喷嘴的投入与退出，对喷嘴上游压力的调节范围要求较高，不适宜发动机高空试验设备上采用；面积比1设计多应用与喉部雷诺数变化范围宽泛的大型试验设备上，随喷嘴组合的变化，逐个喷嘴开闭是等流量调节，在发动机高空试验中对气源的压力调节能力要求不高，流量与压力调节匹配性较好。

无论是喉部面积比1还是2设计方法，均是将喷嘴并联安置在法兰上，依据gb/t211882007规定，对喇叭形喉部喷嘴临界流文丘里喷嘴入口垂直于轴心线直径4倍喉部直径空间应无管壁。在此基础上，并联组合喷嘴工作中将存在如图2所示的工作情况。

在喷嘴背压比0.778条件下，三种喷嘴布局下布局c喷嘴的射流影响相对较小，而布局a在两个喷嘴射流相互影响作用下气流相对集中，中心气流总压相对较大。另外，喷嘴之间距离对相互影响较大，距离近，射流相互作用射流距离增大；距离远，射流相互作用射流距离影响较小；偏心组合下游气流均匀性优于中心对称组合。

组合喷嘴工作中，应主要考虑相对距离较大的匹配模式，一是减小喷嘴下游射流的相互影响，避免气流过于集中；同时也减小由于射流之间相关影响而增长的喷嘴射流压力恢复距离。

本发明校准方法可一般采用两种方案实施，一是结合航空发动机高空模拟试验设备进行现场校准，另一种是可建设专用大型空气管道校准装置。依据可校准流量管尺寸和空气流量设计临界流文丘里喷嘴喉部面积和数量。

如图1所示，在航空发动机高空模拟试验舱内实施，需在试验舱设计期间考虑具备在线校准流量管的试验设备，即在高空舱两道整流栅格2之间安装活动可换段，校准流量管时换装临界文丘里喷嘴校准装置1，发动机试验时换装直管段。校准时，依据流量管内不同气流马赫数区间，给定空气流量区间，设定校准装置前压力区间和喷嘴数量。校准装置前应测量压力和温度，校准装置后测量下游压力，被校准流量管按空气流量计算要求设置测量布局和测量测试参数。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种航空发动机整机试验文丘里喷嘴空气流量校准方法，在高空台进气稳压室内安装并联组合临界流文丘里喷嘴组校准装置，喷嘴组为多个等喉部面积文丘里喷嘴，采用周向均匀嵌入安装隔板，喷嘴的数量依据高空台供气气源能力和主要被试发动机节流特性确定；校准装置整体采用法兰结构与稳压室连接，在校准装置前后安装整流栅格，空气流量测试布局按标准单个临界流文丘里喷嘴要求进行；在给定压力条件下，依据实际校准空气流量大小，采用远程控制方式调节喷嘴开闭数量，调节中喷嘴投入以先周边后中间的顺序进行；同一校准空气流量采用调节喷嘴数量和喷嘴上下游压比两种方式实现校准，每个校准点标准空气流量为已打开喷嘴测量空气流量之和。

技术研发人员：苏金友;袁世辉;田金虎;侯鑫正;陈廷千;李康;仇钎
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：2018.12.10
技术公布日：2019.03.22