航空发动机高空模拟结冰试验测试装置的制作方法

1.本说明书涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种航空发动机高空模拟结冰试验测试装置。


背景技术：

2.航空发动机结冰试验是航空发动机军用规范和民航适航性要求规定的试验项目之一。当下，各国正在大力开展航空发动机特种地面实验相关研究，而当前结冰试验主要依托结冰风洞进行，现有技术中结冰风洞数量有限，任务繁重，无法快速满足当前快速进展的发动机型号研制。高空舱是用于模拟航空发动机高空运行的试验设备，可以实现对结冰风洞的替代。而发动机结冰主要出现在发动机进气道、机匣、叶片和整流帽罩。冰容易脱落吸入发动机，造成发动机运行不稳定，甚至发生喘振、停车等危险。高空舱航空发动机结冰试验是测试模拟飞机在高空飞行最为直接和有效的手段。但是，高空舱航空发动机结冰测试尚无成熟的实验方案。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本说明书实施例提供一种航空发动机高空模拟结冰试验测试装置，以解决水滴粒径控制困难和结冰参数获取困难问题。
4.本发明具体方案是：一种航空发动机高空模拟结冰试验测试装置，包括：高空模拟舱；喷雾系统，设置在高空模拟舱中并能够喷射水雾；试验件，设置在高空模拟舱中并与喷雾系统相对设置，喷雾系统喷射的水雾能够在试验件附着并结冰；位移机构，位于高空模拟舱中并设置在喷雾系统与试验件之间，位移机构的移动端能够沿竖直方向与水平方向移动，且水平方向与喷雾系统和试验件的连线方向垂直；相位多普勒粒子分析仪，固定设置在移动端上并能够随移动端移动。
5.进一步地，航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括多目相机，设置在高空模拟舱中并朝向试验件，多目相机能够拍摄试验件的三维结冰过程。
6.进一步地，多目相机为多个，在高空模拟舱中间隔分布，且多个多目相机能够拍摄试验件不同角度的三维结冰过程。
7.进一步地，航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括多个吊装支架，多个多目相机与多个吊装支架一一对应连接，且每个多目相机均能够相对于对应的吊装支架进行三维转动。
8.进一步地，航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括供水系统，供水系统与喷雾系统连接。
9.进一步地，航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括控制系统，控制系统与相位多普勒粒子分析仪和供水系统连接，且相位多普勒粒子分析仪能够获取当前水雾粒径并反馈至控制系统，控制系统能够调节供水系统的压力，以控制喷雾系统的出口粒径至设定粒径大小。
10.进一步地，航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括加热装置，缠设在供水系统的管路外侧并与控制系统连接。
11.进一步地，航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括移动台架，试验件设置在移动台架上并能够随移动台架移动。
12.进一步地，位移机构能够沿喷雾系统与试验件的连线方向移动。
13.与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本发明实施例中所有组件均集中安装在高空模拟舱内，高空模拟舱可以模拟高海拔大气环境，从而模拟试验件所需的环境，通过设置相位多普勒粒子分析仪可以实现进气雾化场粒径控制和结冰形状三维测试，以解决水滴粒径控制困难和结冰参数获取困难问题。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，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技术的一些实施例，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。
15.图1是本发明实施例的结构示意图。
16.图中附图标记：1、高空模拟舱；2、喷雾系统；3、供水系统；4、相位多普勒粒子分析仪；5、位移机构；6、吊装支架；7、多目相机；8、试验件。
具体实施方式
17.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
18.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
19.如图1所示，本发明实施例提供了一种航空发动机高空模拟结冰试验测试装置，包括高空模拟舱1、喷雾系统2、试验件8和位移机构5。喷雾系统2设置在高空模拟舱1中并能够喷射水雾；试验件8设置在高空模拟舱1中并与喷雾系统2相对设置，喷雾系统2喷射的水雾能够在试验件8上附着并结冰；位移机构5位于高空模拟舱1中并设置在喷雾系统2与试验件8之间，位移机构5的移动端能够沿竖直方向与水平方向移动，且上述水平方向与喷雾系统2和试验件8的连线方向垂直；相位多普勒粒子分析仪4固定设置在移动端上并能够随移动端移动。
20.本发明实施例中所有组件均集中安装在高空模拟舱1内，高空模拟舱1可以模拟高海拔大气环境，从而模拟试验件8所需的环境，通过设置相位多普勒粒子分析仪4可以实现进气雾化场粒径控制和结冰形状三维测试，以解决水滴粒径控制困难和结冰参数获取困难问题。
21.航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括多目相机7，设置在高空模拟舱1中并朝向试验件8，多目相机7能够拍摄试验件8的三维结冰过程。
22.设置多目相机7可以记录结冰过程中冰型生长及脱落等过程，为后续计算所需的结冰尺寸、厚度、形态、角度等几何参数提供参考依据。
23.优选地，多目相机7为多个，在高空模拟舱1中间隔分布，且多个多目相机7能够拍摄试验件8不同角度的三维结冰过程。通过设置多个多目相机7可以对试验件8不同角度进行拍摄，以获取不同角度的结冰过程，从而达到获取三维冰型生长及脱落全过程的目的。
24.进一步地，航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括多个吊装支架6，多个多目相机7与多个吊装支架6一一对应连接，且每个多目相机7均能够相对于对应的吊装支架6进行三维转动。
25.设置吊装支架6可以带动多目相机7进行三维转动，从而实现设定方向的采集，以覆盖试验件8的各个方位，达到无死角拍摄的目的。
26.本实施例中的吊装支架6可以为机械手或者其他可以转动的部件，此处不对其进行一一举例，但凡是可以带动多目相机7进行三维转动或者移动的装置均应该在本技术的保护范围内。
27.航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括供水系统3，供水系统3与喷雾系统2连接。本发明实施例中的供水系统3能够调节供水压力和流量，以通过喷雾系统2形成水雾，上述喷雾系统2由多个喷雾杆阵列组成，能够向试验件8喷射设定粒径的水雾。
28.航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括控制系统，控制系统与相位多普勒粒子分析仪4和供水系统3连接，且相位多普勒粒子分析仪4能够获取当前水雾粒径并反馈至控制系统，控制系统能够调节供水系统3的压力，以控制喷雾系统2的出口粒径至设定粒径大小。
29.本发明实施例中的控制系统可以为计算机，通过远程控制方式或者有线连接方式与多普勒粒子分析仪4和供水系统3连接，以实现实时控制的目的。
30.进一步地，航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括加热装置，缠设在供水系统3的管路外侧并与控制系统连接。通过设置加热装置可以防止供水系统3在试验过程中结冰，从而影响供水系统3的正常运行。本实施例中加热装置可以与控制系统连接并能够通过控制系统调节加热温度。
31.本发明实施例中航空发动机高空模拟结冰试验测试装置还包括移动台架，试验件8设置在移动台架上并能够随移动台架移动。通过设置移动台架可以方便快捷地对试验件8进行移动，从而能够根据需求改变试验件8与喷雾系统2的间距，达到不同的试验效果。
32.进一步地，位移机构5能够沿喷雾系统2与试验件8的连线方向移动。本实施例中位移机构5的下方设置有滑轨，该滑轨延伸方向与喷雾系统2和试验件8的连线方向平行，位移机构5能够沿滑轨移动，从而带动相位多普勒粒子分析仪4一起移动，以获取在喷射方向上的水雾粒径情况，从而提高试验的准确度。
33.本发明实施例的具体使用方法如下：步骤1：装置安装将喷水杆阵列、pdpa系统（含位移机构）、光源、镜头、相机、试验件等装置装于合适的位置，并将各装置之间的连接线连接好。
34.步骤2：相机标定相机和光源安装在吊装式支架上，可远程控制相机三维运动，相似的将标定板安装在另外一个吊装支架，进行三维运动，从而配合相机完成三维标定；相机对标定板采集图像后，用图像分析软件计算得到相机像素与物理位置的矩阵关系。
35.步骤3：pdpa采集pdpa测点与来流管道中心对齐后，选取周围一系列网格点作为待测点。待高空舱启动进气，喷水杆开始喷水后开始pdpa采集，在线分析测点液滴粒径，并反馈调整喷水杆阵列水压和流量，控制液滴粒径到达目标粒径；以管道中心为圆心，设定测试半径ri（第i个同心圆半径），测试扫描角度为θ，扫描间隔角度为δ，设定扫描初始位置为0
°
，则第i个同心圆上测试点坐标为ri(sin（nδ）,cos（nδ）),其中n为0-θ/δ的正整数，包含上下限。
36.步骤4：图像采集步骤3完成后，等待高空舱到目标工况后，启动试验件，开始多相机同步采集。
37.步骤5：结冰过程分析根据步骤4记录的图像，分析结冰过程中冰型生长及脱落等过程。
38.步骤6：结冰几何参数计算用步骤2获取的标定数据，结合步骤4获取的图像，对结冰尺寸、厚度、形态、角度等几何参数进行计算。
39.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。