[发明专利]一种单/双涵道模式转换过程气流动态响应试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于研究变循环燃气涡轮发动机单/双涵道模式转换过程中气流动态响应的试验台及试验方法，属于航空发动机以及流体参数测量技术领域。

背景技术

近年来，集涡扇发动机和涡喷发动机优势于一身的变循环发动机逐渐显示出其优越性和潜力，成为在新一轮航空发动机竞赛中世界各国都致力研究的关键技术。单/双涵道变循环发动机的工作模式由其模式选择阀门的开度直接决定。在模式选择阀门开度变化的动态过程中，内、外涵流量以及涵道比在很短的时间内发生变化，进而引起风扇、核心机驱动风扇级和高压压气机工作点的变化。如果调节不当，极有可能导致压缩部件的工作点穿过稳定边界，引起发动机失稳。因此，研究变循环发动机单/双涵道模式转换动态过程中，阀门调节参数对下游流场的影响显得十分必要。

目前，关于变循环发动机模式转换的研究，多着重于稳态研究，分析在不同的模式选择阀门开度下发动机的稳态工作点。然而，模式转换是一类动态过程，在这一过程中，由于存在着气动参数响应的滞后，内、外涵流量以及涵道比随时间的变化规律与稳态时是不同的。因此，采用稳态方法是不可能准确掌握在这一过程中气流的动态变化规律，不能用于指导变循环发动机模式转换规律的设计。即使采用全三维非定常数值模拟技术开展此类研究，也由于受模拟精度的限制(如湍流模型、网格类型、网格量、截断误差等)，导致计算结果的可信度不高。

为了研究变循环发动机单/双涵道模式转换过程中，气流参数的动态响应规律，也可以直接在真实发动机上开展试验研究。但是这种方法，存在以下几方面的不足之处：

(1)风险大：直接在发动机上开展此类研究，存在着巨大的风险，在没有掌握气流动态响应规律的情况下，可能会导致模式转换规律设置不当，进而导致发动机在试验过程中发生喘振等不稳定现象，从而严重威胁发动机试验件、试验台以及试验人员的安全。

(2)成本高：发动机试验需要消耗大量的人力、物力，如果所有类似的问题都要通过发动机试验才能研究，必然是发动机研制所承受不起的。

(3)研究周期长：若要通过发动机试验来研究此类问题，必须要等发动机设计、加工完成之后才能开展，这必然导致研究周期很长。

(4)测量数据不丰富：由于受发动机本身的结构限制，在发动机上无法安装足够多的探针和传感器，所以获得的数据不可能十分丰富。

因需要一种新的技术方案来解决上述问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种单/双涵道模式转换过程气流动态响应试验台及试验方法，在变循环发动机的设计阶段就可以开展模式转换过程中气流动态响应规律的研究，获得发动机模式转换过程中的气流参数动态变化规律。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种单/双涵道模式转换过程气流动态响应试验台，主要包括大功率离心风机、扩张段、稳定段、收缩段和试验段五部分，离心风机作为气源为试验段提供连续且稳定的气流，从离心风机流出的气流首先经过扩张段扩张后流入稳定段，再经过收缩段收缩后流入试验段，最后排出；

试验段主要包括进口测量段、模式转换段和出口测量段三部分；在模式转换段安装有叶片式模式选择阀门，通过快速动作筒驱动叶片式模式选择阀门收缩或向内撑开；在出口测量段内部设置有一个中间机匣，通过中间机匣将出口测量段分为内涵测量段和外涵测量段，在内涵测量段中心设置有一个中心锥体，通过中心锥体将内涵测量段变成一环形收缩通道，通过内涵测量段将外涵测量段变成一环形直通道；中心锥体的设置用于模拟发动机内涵道的流道形式，通过更换不同的中心锥体可以模拟不同的流道形式；

当叶片式模式选择阀门收缩时，叶片式模式选择阀门的叶片贴合模式转换段壁面，叶片对气流无阻挡，气流同时从外涵测量段和内涵测量段排出，试验台工作在双涵道模式；当叶片式模式选择阀门向内撑开时，叶片式模式选择阀门的叶片遮挡住外涵测量段的进口，叶片对气流有阻挡，气流仅从内涵测量段排出，试验台工作在单涵道模式；在外涵测量段出口设置环形锥阀，通过快速动作筒驱动环形锥阀的开度；在双涵道模式下，内涵测量段和外涵测量段流量比的调整可以通过环形锥阀开度的调整实现，即涵道比的改变通过环形锥阀开度的调整实现；因此，该试验台还可以研究不同涵道比情况下，单/双涵道模式转换过程中，内、外涵道中气流参数的动态响应规律；

在进口测量段的进口截面位置布置有稳态总压探针、动态总压探针、稳态壁面静压测点和动态壁面静压测点，通过所述稳态总压探针、动态总压探针、稳态壁面静压测点和动态壁面静压测点测量试验段进口的瞬时气流状态；