专利名称：喷气发动机试验设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种喷气发动机试验设备，具体来说它涉及一种具有改进了的排气室结构的喷气发动机试验设备，以分散由试验设备所发出的次声。
在现有技术中喷气发动机试验设备是已知的，它们常被用来检测和试验新设计出的或翻修过的喷汽发动机的性能。这种试验设备通常包括一个进气管、一个其中装有被测发动机的试验室、一个加速管和一个排气部分。在操作期间，被测发动机安装在试验室中和开始运转。发动机的运转将气流从排气室吸入到试验室中，再从试验室中排出，流入并通过一个大直径的管形结构(通常被称作加速器)，最后气流从加速器中流出并进入到一个垂直设置的排气室的底部，该排气室将气流排入大气中。上述类型的试验设备结构设置有两主要目的第一，发动机-加速器系统可用作一个泵，以保持足够的气流通过试验室，从而形成适当的空气动力学模拟和流速；第二，试验设备的设置应将噪音和声波控制在最小的程度上，否则这些噪音和声波会辐射到周围的环境中去。
对喷气发动机试验设备噪音问题的处理通常两个不同的声音频谱区而分成两类一个是可听声，其已知的范围大约为20Hz到20kHz；另一个为不可听次声，其发生在从几Hz到50Hz的较低频率的范围内。这两个频率范围所产生的问题和涉及的方面不同，因而其解决的方法也不同。
试验设备所产生的声音频谱中的可听声部分的波长相对于试验设备的特征尺寸来说是较小的，因此，它大部分会从被测发动机中通过系统传播到环境中去。处理这种可听频率的声波的常用办法是直接了当的，并且通常是除了在试验设备的排气室处设置消音器外，还在进口端处设置消音器。业已发现，这种进口消音器可以扩散可听频率范围内的声波，使之降至可承受的程度。
但是，次声的波长则相对于试验设备的特征尺寸是较大的，因此，它所产生的是驻波而不是传播噪音。次声虽听不到且从环境污染的角度来看也不易被测出，但次声较大的波长会产生一系列特有的问题。例如，高大的建筑物和其它结构或部分中会产生振动或在次声范围的某些自然频率下易于产生振动。如果建筑物在一段时间内反复受到次声频率终将引起建筑结构的问题。这一问题的存在不仅涉及安装试验设备时的建筑和其它结构，还可能会对多年后随社区及环境商业开发所造的建筑物和其它结构产生影响。
低频次声噪音的主要来源是排气室的谐振。在试验设备工作期间，紊流能量和空气被从加速管送入到排气室的底部。通过谐振过程该紊流能量转变为次声波波长的噪音。由于排气室在底部是封闭的而在顶部是敞开的，所以其谐振模式或频率(f)为f=a02n+14L]]>其中n＝0，1，2，…，a0表示声速，L是管路的高度。上述公式是管件谐振的经典公式，其中的谐振模式在管路的出口处产生速度波动，并且这种速度波动作为一种声源向外辐射。根据上述公式，声源的频率与管路的高度成反比。这样，管路越高，频率越低；而管路越低，则频率越高。
由于次声的波长相对较长，因此，设置消音器等处理可听声的标准方法在此就不适用了。但是已有多种方法来处理次声的问题。其中的一种方法是在加速管的入口处安装一个混合装置。这种装置通常为环形扩散器、混合器或Koppers转盘。采用此类装置可以避免在混合区内采用大量的结构，从而形成的紊流也较小。紊流的大量减少导致了低频次声的降低。但不幸的是，高速度排流区加剧了作用在混合装置上的应力，从而导致了较高的振动程度，并且在不对一个连续的底座进行维修的情况下还会增加机械失效。但上述的维修是很费时间的，同时也就降低了试验设备的可用性。此外，设置这种结构还对系统(特别是对加速管)的空气动力学特性产生不利的影响。
另一种可用的方法是使用加速管，该加速管上设有一个套筒部分，以改变加速管的长度。加速管长度的变化可以产生两个效果。首先，加速管整个长度的变化又会引起该管的谐振噪音特性的改变；其次，它可以使流场延伸到紧靠在试验设备的下游处。这些效果影响了紊流的形成，使之足以降低低频次声。但是，套筒式助推器部分成本昂贵，并且与如上所述的使用混合器时相同，它还会影响系统的动力学特性。因此，如果未能将各类发动机放置在适当位置上的话，这种套筒式助推器可能会使测试结果不准确。
因此，在这一领域中有必要提供一种改进了噪音控制的喷气发动机试验设备，更具体来说就是提供一种降低了次声噪音、但又不改变试验设备的动力学特性的改进了的喷气发动机试验设备。
与现有技术不同，本发明涉及一种喷气发动机试验设备，具体来说它涉及一个用于试验设备的排气室，该排气室可以减少试验设备系统内所产生的次声并使之扩散。
根据本发明，喷气发动机试验设备包括一个进气管、一个其中装有被测发动机的试验室、一个与试验室相连的加速器和一个与加速器出口相连的垂直设置的排气室。本发明的排气室包括一个基本为筒形的管，其具有一个封闭底端和一个开口顶端。在顶端上设有通常设置在管道内的、用于消除或大大减少管道谐振的装置。在本发明的试验设备工作期间，发动机所产生的大量紊流可以通过加速器流到排气室中。如上所述，在现有技术中，这些大量的紊流会通过一个谐振过程转变为次声范围内的声波，这与在管件中所发生的情况相似。
根据本发明所提供的解决方案，通过在排气室的顶部或开口端附近设置开口区域可以使排气室高具有一个扩散量。在本发明的实施例中，开口区由多个从顶端向下延伸的开口槽构成。如果这些槽或开口相对于排气室的上端来说是足够大的话，那么该管道的性能就如同其高度只到槽或开口下端时的情况。如果槽宽或开口相对于管道顶部来说是较小的话，那么该管道的性能就如同其在整个高度时的情况。在槽宽或开口处于中间位置的情况下，有效的管道高度是扩散的，且不具有一个明显的出口。此时，在上述方程中的管道高或长(L)是变化的。由于没有一个明确的单一频率，所以发生管形谐振的情况就很少。没有这种谐振时，噪音的的辐射，特别是次声噪音的辐射就被大大地减少了。
本发明实施例的另一个特征是其上设有可调整槽宽或开口区域的装置。采用这样的调整装置，可以根据不同的喷气发动机或喷气发动机特性，将槽宽调整到谐振的扩散为最大而次声的产生为最小的状态。
为此本发明的目的是提供一种具有改进了的降低次声噪音特性的喷气发动机试验设备。
本发明的第二个目的是提供一种具有既改进了的降低次声噪音特性又不影响试验设备的动力学特性的喷气发动机试验设备。
本发明的第三个目的是提供一种在排气室上设有可扩散该排气室有效高度的装置的喷气发动机试验设备。
本发明的第四个目的是提供一种用于喷气发动机试验设备的排气室，在靠近排气室开口端处设有用于扩散该排气室有效高度的装置，以减少次声的产生。
本发明的第五个目的是提供一种用于喷气发动机试验设备的排气室，在靠近排气室顶端处设有可变的开口，用于扩散该排气室的有效高度。
参照以下的附图、对实施例的说明和权利要求书中，可以对本发明的这些目的有所了解。
图1是喷气发动机试验设备的示意图，用以说明试验设备的主要部件和本发明的改进的排气室结构。
图2是本发明的喷气发动机试验设备的排气室的立体图，排气室中间部分未全部示出；图3是本发明排气室的开口端的正视图；图4是本发明排气室的开口端的侧视图；图5是沿图3中5-5线的剖视图；图6本发明排气室的立体图，该排气室中带有两个用于改变槽宽的调节装置；
图7为用于操纵其中一个调节装置以改变槽宽的气缸和活塞机构的局部放大示意图；图8是用于改变槽宽的调节装置的正视图；图9A和9B是沿图8中的9-9线的剖视图，其中图9A所示为窗板处于打开位置，而图9B所示则为窗板处于关闭位置。
图1示意性地表示了喷气发动机试验设备的侧视图，以说明本发明的各种主要的部件，如试验设备和改进了的排气室。
如图1所示，进气管10包括一个垂直的进气部分11和一个水平的进气部分12。在垂直的进气部分11中具有一个通向大气的开口端14，且该垂直部分在连接点13处与水平的进气部分相连。水平的进气部分12包括一套或多套消音器16，该消音器具有一个进口端15和一个出口端19。该消音器的作用是限制或减少从试验设备中发出的可听声。这种消音器的具体结构和它们在喷气发动机试验设备中的使用是现有技术中已公知的。
水平部分12和消音器16的出口端19接入喷气发动机的试验室18中。该试验室18水平放置，并且包括一个大的管形部分，以适于检测喷气发动机21。试验室18的尺寸由试验室高W和试验室长C来确定，该试验室包括一个与水平部分12相连的进口端和一个出口端20，该出口端伸入到加速器或加速管24的进口端中。如图所示，发动机21具有排气直径S，且该发动机由一个发动机固定架22安装在试验室18内。
加速器24紧接在试验室18的下游，它接收来自试验室18排出的空气流，并将其送入到排气室28中。加速器24为一个管形件，其尺寸由加速器直径D和加速器长度X来确定。加速器24上可以根据需要设置各种不同的装置，以改变加速器24中的紊流，例如设置环形扩散器、混合器或Koppers转盘(由图1中的25示意性地表示)。
加速器24的出口端26与排气室28的一个开口相接，以使废气从被测发动机21排入到排气室28中。如图1和2所示，排气室28通通常为垂直布置的管形结构，其结构由排气室壁29来确定，并且还包括一个封闭的底端30和一个开口顶端31。排气室28的下端处包括一个开口，用于与加速器24的出口端26相通。排气室28上最好还设有一套或多套排气消音器32，该消音器设置在排气室28中，以限制或减少来自试验设备的可听噪音。该排气消音器32即使不与进气消音器16相同的话也可与之相似，且这些消音器是现有技术中已知的。
如图2、3、4和5清楚表明的那样，排气室28的顶部上设有多个开口区域，这些区域表现为多个细长槽33。在本发明的实施例中，槽33是垂直排列的，并且从上部的开口端31朝下向封闭端方向延伸。在所述的实施例中，在各个壁部的顶端上开有一对槽33。所述的槽33可以扩散排气室28的有效长度L的影响。
槽33的长度LS限定了排气室28的有效长度L的两个端部极限。槽33相对于排气室28横截面的宽度WS则限定了由这此槽33所形成的谐振的扩散程度。槽33的垂直长度和宽度因发动机的不同而有所变化，但它始终应产生最大的谐振扩散，从而可使次声的形成最小。但是，槽33的长度最好应至少为排气室宽度的33％。当然该槽的具体尺寸则随检测孔的不同而有所变化。槽33的累积宽度最好至少为排气室内周长的2％，但小于15％。此外，槽的长度是排气室高度L的10-50％较好，最好约为20％。
尽管在实施例中位于排气室28顶部的开口区域包括多个垂直排列的、细长的矩形槽33，但是开口区域也完全可以是其它的形状和结构。例如，槽的边缘是倾斜的，或开口区域包括多个孔。
在图1-5所示的结构中，排气室顶部的开口区域或槽是固定的，尽管采用这样的结构可以使本发明具有很多优点，但是如果在开口区域设置调整装置以改变开口面积或槽的大小，则本发明的装置就具有更好的适应性。例如，在图6中排气室顶部包括有调节装置33和34，以调整槽的有效开口面积。
装置33包括多个安装在顶部的滑板或门35-35和底轨36，以便进行相对于槽33的长度方向的横向滑动。如图6的实施例所示，活塞/汽缸机构38与各滑门35-35相联，从而有选择地使滑门在可将整个槽露出的完全打开位置、盖住整个槽的完全关闭位置和部分开启该槽的多个位置之间滑动。
图7为活塞/汽缸装置的局部放大示意图。具体来说，该活塞/汽缸装置38包括一个液压或气压缸39，该缸中设有一个活塞(图中未示)。活塞上伸出一个活塞杆40，且该活塞杆通过安装托架42与滑门35中的一个相连。活塞/汽缸安装在排气室的壁29上。通过操纵汽缸39，滑门可以有选择地在箭头44所示的水平方向上运动。
图6所示的调整装置包括多个位于槽中的窗板45，如图8所示，装置34包括多个在槽横向延伸的窗板45，操纵杆46-46位于窗板的两个相对侧面上。如图9A和9B所示，杆46的适当运动可使窗板45绕各枢点48转动。在图9A中，窗板45处于打开位置，而在图9B中窗板45则位于关闭位置。
通过如上所述的装置33和34来改变开口或槽的有效尺寸，可以将槽的尺寸调整到能够提供最有效的槽宽，以适应具体的测量结构的大小或喷气发动机的尺寸或类型的不同。应当了解所述的装置33和34只是可用于改变槽33有效尺寸的多种结构中的两种。
虽然上文对具体的实施例进行了描述，但是在不超出本发明范围的情况下还可进行多种变化。同样应当了解到，本发明的范围是由本申请的权利要求而非说明书的实施例来确定的。
权利要求
1.一种喷气发动机试验设备，它包括一个其中装有被测发动机的试验室，所述的试验室具有一个试验室进口端和试验室出口端；一个加速器，该加速器具有一个与试验室出口端相连的进口端和一个加速器出口端；和一个与加速器出口相连的排气室，该排气室包括一个由排气室壁确定的基本为筒形的室，其具有一个封闭端和一个开口端，在开口端上设有用于分散所述的试验设备内所产生的次声的装置。
2.如权利要求1所述的喷气发动机试验设备，其中所述的排气室是垂直设置的。
3.如权利要求1所述的喷气发动机试验设备，其中所述的用于分散次声的装置包括靠近所述开口端的至少一个开口，所述的开口在排气室壁上延伸。
4.如权利要求3所述的喷气发动机试验设备，其中所述的用于分散次声的装置包括靠近所述开口端的多个开口，所述的开口在排气室壁上延伸。
5.如权利要求4所述的喷气发动机试验设备，其中所述的多个开口包括多个开口槽，该槽从所述的开口端朝向底端延伸。
6.如权利要求4所述的喷气发动机试验设备，其中所述开口的大小是可变的。
7.如权利要求6所述的喷气发动机试验设备，其中还包括用于改变所述开口大小的装置。
8.如权利要求4所述的喷气发动机试验设备，其中所述开口的累积宽度至少为排气室内周长的2％，但不大于该内周长的15％。
9.如权利要求5所述的喷气发动机试验设备，其中所述槽的累积宽度至少为排气室内周长的2％，但不大于该内周长的15％。
10.如权利要求5所述的喷气发动机试验设备，其中所述槽的长度为排气室高度的10-50％。
11.如权利要求9所述的喷气发动机试验设备，其中所述开口的大小是可调的。
12.如权利要求11所述的喷气发动机试验设备，其中还包括用于调整所述开口大小的装置。
13.一种用于检测喷气发动机的试验设备中的排气室，它包括一个封闭端；一个开口端；一个在所述的封闭端和开口端之间延伸的基本为筒形的排气室壁；一个排气室壁上的排气进口，用于接收来自试验设备的排气；和所述的排气室壁上在靠近所述的开口端处设有一个开口区，以扩散所述排气室内的次声。
14.如权利要求13所述的排气室，其中所述的开口区由多个位于排气室壁上的开口构成。
15.如权利要求14所述的排气室，其中所述的开口区的大小是可调的。
16.如权利要求15所述的排气室，其中还包括用于调整所述的开口区大小的装置。
17.如权利要求14所述的排气室，其中所述的多个开口包括多个位于所述的排气室壁上的槽，该槽开在所述的开口顶端，并由此朝向所述的底端延伸。
18.如权利要求17所述的排气室，其中所述开口的累积宽度至少为排气室内周长的2％，但不大于该内周长的15％。
19.如权利要求17所述的排气室，其中所述槽的长度为排气室高度的10-50％。
全文摘要
一种可以扩散次声和喷气发动机试验设备，该试验设备包括一个发动机试验室，一个加速器和一个排气室，在靠近排气室开口端的位置上设有一个可扩散次声的结构。
文档编号G01M9/04GK1130760SQ95121190
公开日1996年9月11日 申请日期1995年12月12日 优先权日1994年12月12日
发明者迪安F·朗 申请人:航空系统工程股份有限公司