一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置的制作方法

本发明涉及航空燃烧室不稳定燃烧测量领域，尤其涉及一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置。

背景技术：

1、不稳定燃烧现象是低污染发动机燃烧室和先进军用发动机加力、冲压燃烧室设计中遇到的重要难点。燃烧室在工作过程中经常会在特定工况产生振荡燃烧现象，大幅度的压力波动会导致燃烧状态极为不稳定，产生严重的机械振荡和噪声，导致燃烧室熄火，并可能损坏发动机部件，减少部件工作寿命，增加污染物的排放等不利影响。目前，国外较多具有研发实力的发动机公司，比如ge公司、pw公司、西门子公司、罗罗公司等，均在应对燃烧不稳定问题的方案设计、测试与诊断等方面开展了研究，可以从设计阶段和试验阶段提出相应解决策略。

2、在燃烧稳定性测试试验中，一种普遍采用的测试方案是通过扬声器引入声学激励，测试不同激励强度、激励频率下，燃烧室的燃烧稳定性，为优化燃烧室结构、提高燃烧稳定性提高数据支撑。通过扬声器引入外激励的方式对于实验室级别的燃烧室是行之有效的，但对于工作在高温高压条件下的真实燃机，扬声器的激励能力大大降低，这是由于扬声器主要是通过电磁铁带动纸盆振动发声的，而当燃烧室内存在高压气体时，纸盆的振动位移受到限制，激励强度难以满足实验需求，极端情况下，高温高压气体还可能直接破坏纸盆结构，对扬声器造成严重破坏。因此，传统通过扬声器引入可控声学激励的方式已难以满足真实燃烧室高压条件下的测试需求，亟需一种新的可控外激励产生方案。

技术实现思路

1、为解决上述问题，以拓展真实航空发动机燃烧室燃烧稳定性测试试验中可控外激励的施加方案，为燃烧系统热声稳定性优化提供依据和手段，本发明提供了一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，尤其适用于运行在高压来流条件下的真实航空发动机燃烧稳定性测试试验中。

2、本发明提供一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，其特征在于，包括激励管路、支路管路以及下游双麦克风测速装置；所述激励管路上设置有用于气量控制的激励管路蝶阀、激励转盘；双麦克风测速装置包括两根垂直于激励管路的双麦克风测速引压管；支路管路上设置有用于气量控制的支路管路蝶阀；激励管路蝶阀位于激励管路上游，支路管路蝶阀位于支路管路上游；

3、激励转盘包括相对布置的激励转盘定子和激励转盘转子；激励转盘转子通过驱动电机带动旋转，并通过调节电机转速控制激励转盘激励频率；驱动电机通过电机安装配板固定在激励管路内；驱动电机和电机安装配板通过螺栓进行连接；

4、驱动电机转轴与激励转盘转子通过键进行连接并传递扭矩，激励转盘定子则通过轴承安装在电机转轴上，以保证定子和转子之间良好的同心性；激励转盘定子上开一个定子气流通道，激励转盘转子上开设多个转子气流通道；

5、进一步的，所述激励转盘转子外圈面设置迷宫封闭结构；气流每通过一个齿后，压力就降低一次，而且随着流动气体比体积的不断增加，通过间隙的速度不断加快，因而越到下游经过一个齿的压力降越多。如此逐齿重复直至通过全部密封，压力越来越低，比体积越来越大，气流速度越来越高，最后压力趋近于背压，但温度却保持不变，达到了密封目的；

6、进一步的，转子气流通道数量n根据所需激励频率范围确定，电机转速为n rpm时，激励转盘的激励频率f满足f＝n*n/60；激励频率通过调节驱动电机转速进行控制，驱动电机转速越高，激励频率也越高，结合变频控制器可实现激励频率的连续变化。

7、进一步的，激励强度由激励管路和支路管路上游的气动蝶阀进行控制，激励管路上游的蝶阀开度越大，受激励的气流量越大，下游主流中的激励强度也越大；激励管路气流量为支路管路气流量为时，激励强度amp满足

8、进一步的，麦克风测量引压管设置在激励管路下游，用于结合双麦克风法测量激励幅值和频率；

9、进一步的，通过麦克风测量引压管中引出的动态压力信号，麦克风获取的声压信号可表示为上下行声波的叠加：

10、

11、式中，k＝ω/c0为波数，为压力脉动幅值，分别为上下行声波幅值；根据动量方程得到速度脉动的表达式为：

12、

13、其中，为速度脉动幅值，ρ0、c0分别为气流密度和声速；将压力脉动以复数的形式表示为:

14、

15、将(3)代入(1)中，得到方程组：

16、

17、aa、ba、ab、bb可通过对动态压力信号进行fft获取，将(4)式两边分别除以ejωt，写成矩阵形式：

18、

19、两边同时乘以逆矩阵可获得上下行声波的波幅，再从以下方程获得双麦克风测点位置的压力脉动和速度脉动在频域上的表达式：

20、

21、

22、通过上式即可获得速度脉动的频谱分布情况，进而得到激励幅值和频率。本发明的有益效果在于：

23、(1)本发明公开的一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，不仅适用于常温常压下机理燃烧室燃烧稳定性测试试验，还尤其适用于高温高压来流条件下的真实航空发动机燃烧室燃烧稳定性测试，甚至还可以测试燃烧室在极端工况下的运行稳定性，满足试验过程中连续可调激励源的要求。

24、(2)本发明公开的一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，避免了传统扬声器中脆弱的纸盆结构，而以金属激励转盘代替，系统整体强度较高，不会因恶劣的来流条件而造成破坏；

25、(3)本发明公开的一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，下游布置有用于双麦克风测速的引压管，可以结合采集卡和采集软件实时监测激励添加情况；

26、(4)本发明公开的一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，整体设计均为标准件，加工难度小、成本低，且使用过程中几乎不存在损耗问题，使用寿命较长，运行稳定性好。

技术特征：

1.一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，其特征在于，包括激励管路、支路管路以及下游双麦克风测速装置；所述激励管路上设置有用于气量控制的激励管路蝶阀、激励转盘；双麦克风测速装置包括两根垂直于激励管路的双麦克风测速引压管；支路管路上设置有用于气量控制的支路管路蝶阀；激励管路蝶阀位于激励管路上游，支路管路蝶阀位于支路管路上游；

2.根据权利要求1所述的一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，其特征在于，所述激励转盘转子外圈面设置迷宫封闭结构。

3.根据权利要求1或2所述的一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，其特征在于，转子气流通道数量n根据所需激励频率范围确定，电机转速为n rpm时，激励转盘的激励频率f满足f＝n*n/60。

4.根据权利要求3所述的一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，其特征在于，激励管路气流量为支路管路气流量为时，激励强度amp满足

5.根据权利要求4所述的一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，其特征在于，麦克风测量引压管设置在激励管路下游，用于结合双麦克风法测量激励幅值和频率。

6.根据权利要求5所述的一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，其特征在于，通过麦克风测量引压管中引出的动态压力信号，麦克风获取的声压信号可表示为上下行声波的叠加：

技术总结
本发明提供了一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置，涉及航空发动机燃烧室燃烧稳定性测试领域。该装置通过一个电机驱动的铝制转盘产生气动激励，转盘上开有周向分布的圆孔，电机工作时将带动转盘转动，调整电机转速即可获得不同频率的激励。激励强度则是通过调整装置上游两个蝶阀的开度进行控制的，经过激励转盘支路的气量越大，装置下游产生的激励强度也越大，因此实现激励幅值和频率的可控。本发明一种适用于高压来流条件下的可控外激励产生装置尤其适用于真实燃机全工况燃烧稳定性测试，其结构较为简单，整体结构强度高，不易受高温高压来流破坏，运行稳定性好。

技术研发人员：刘重阳,齐东东,李文刚,冯大强
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：
技术公布日：2024/1/14