[发明专利]一种超音速发动机试车台及其试验方法

权利要求书

1.一种超音速发动机试车台，其特征在于，包括进气系统，发动机推力测量台架，排气系统，消音装置和高空模拟舱；高空模拟舱为密封的壳体结构，发动机推力测量台架固定安装在高空模拟舱内，被试发动机安装在发动机推力测量台架上；进气系统与所述被试发动机或排气系统连通，排气系统的一端穿过高空模拟舱的壳体表面固定安装在高空模拟舱内部，另一端与消音装置固定连通。

2.根据权利要求1所述的超音速发动机试车台，其特征在于：进气系统包括供给源，温度模拟单元和超音速喷管；供给源包括燃油供给源，氧气供给源，发动机进气供给源，酒精供给源和引射器主动气流供给源。

3.根据权利要求1所述的超音速发动机试车台，其特征在于：发动机推力测量台架，包括定架，动架和加载测量装置；加载测量装置包括弹簧片，加载机构和工作力传感器；动架通过弹簧片悬挂在定架上，加载机构固定安装在定架上，工作力传感器两端分别连接定架和动架。

4.根据权利要求3所述的超音速发动机试车台，其特征在于：动架包括动架架体，第一动架弹簧片安装座，动架工作力传感器安装座，第二动架弹簧片安装座和动架标准力传感器安装座；沿动架架体长度方向，动架标准力传感器安装座固定安装在动架架体的前端底面；第一动架弹簧片安装座包括2个固定安装在动架架体的前端底面并分别位于动架标准力传感器安装座两侧；动架工作力传感器安装座固定安装在动架架体底部并位于沿动架架体长度方向的中心线上；第二动架弹簧片安装座包括2个分别固定安装在动架架体的后端底面。

5.根据权利要求4所述的超音速发动机试车台，其特征在于：

定架包括底座，前安装座，加载机构安装座，第一定架弹簧片安装座，定架工作力传感器安装座，后安装座和第二定架弹簧片安装座；底座为长方体结构，沿底座长度方向，前安装座和后安装座分别固定安装在底座的前端和后端，后安装座包括横板和竖板，横板和竖板构成“L”型；加载机构安装座固定安装在前安装座上，第一定架弹簧片安装座包括2个，固定安装在底座的前端并分别位于前安装座两侧；定架工作力传感器安装座固定安装在底座上并位于沿底座长度方向的中心线上；第二定架弹簧片安装座包括2个，固定安装在底座的后端并分别位于后安装座两侧。

6.根据权利要求5所述的超音速发动机试车台，其特征在于：加载测量装置包括第一弹簧片，第二弹簧片，加载机构，标准力传感器和工作力传感器；第一弹簧片包括2个，每个第一弹簧片分别与一个第一定架弹簧片安装座和一个第一动架弹簧片安装座固定连接，第二弹簧片包括2个，每个第二弹簧片两端分别与一个第二定架弹簧片安装座和一个第二动架弹簧片安装座固定连接；加载机构固定安装在前安装座的横板上，标准力传感器固定安装在动架架体前端的挡板上，加载机构和标准力传感器同轴设置并与底座沿长度方向的中心线平行；工作力传感器两端分别与定架工作力传感器安装座和动架工作力传感器安装座固定连接，工作力传感器与加载机构和标准力传感器同轴设置。

7.根据权利要求1所述的超音速发动机试车台，其特征在于：消音装置包括塔体，变频扩压器和消音片组件；塔体顶端设置有顶盖，塔体一侧面开设有变频扩压器安装孔；变频扩压器穿过变频扩压器安装孔后水平固定安装在塔体内；消音片组件固定安装在塔体内。

8.根据权利要求7所述的超音速发动机试车台，其特征在于：变频扩压器包括变频扩压器筒体和变频扩压器导流锥，变频扩压器筒体为中空的圆形筒体，筒体表面设置有若干变频扩压器出气孔，若干变频扩压器出气孔均为穿透圆形筒体的通孔；变频扩压器导流锥为圆锥体型，变频扩压器导流锥的锥面设置于圆形筒体内部，变频扩压器导流锥的底部外圆与圆形筒体一端面固定连接。

9.根据权利要求7所述的超音速发动机试车台，其特征在于：消音片组件包括自下而上依次设置的下层消音片组件，中层消音片组件和上层消音片组件。

10.一种使用权利要求1-9任一项所述的超音速发动机试车台对被试发动机进行试验的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S100)、安装被试发动机和测量段

S110)、将用于测量发动机进气参数的测量段依次穿过第一测量段托架和第二测量段托架，将测量段置于第一测量段托架和第二测量段托架中；

S120)、根据被试发动机的悬挂位置将前接头和后接头安装到发动机安装顶架上；

S130)、将被发动机安装架安装到动架架体上后将被试发动机安装到前接头和后接头上；

S140)、调整测量段，将测量段一端与被试发动机进气口连接后，调整测量段托架，使测量段与发动机进气口同轴后定位测量段；

S200)、拆卸锁紧装置

松开紧定螺母，将紧定螺杆依次从后安装座的竖板，紧定挡板，动架架体后端的挡板拔出后，取出紧定挡板；

S300)、确定工作力传感器误差

S310)、工控机控制伺服电机启动带动液压加载装置工作，液压加载装置驱动校准油缸工作，校准油缸的活塞驱动标准力传感器发生位移进而带动动架架体发生位移，动架架体发生位移的过程中向工作力传感器施加力；

S320)、液压加载装置驱动校准油缸工作继续向标准力传感器施加加载力至预定值后卸载加载力至零值；标准力传感器数据采集装置和工作力传感器数据采集装置分别采集标准力传感器和工作力传感器在施加加载力和卸载加载力过程中输出的力值并反馈至工控机，显示器显示标准力传感器数据采集装置和工作力传感器数据采集装置所采集的标准力传感器和工作力传感器在施加加载力和卸载加载力过程中输出的力值；

S330)、根据显示器显示的标准力传感器数据采集装置和工作力传感器数据采集装置所采集的标准力传感器和工作力传感器在施加加载力和卸载加载力过程中输出的力值绘制标准力传感器和工作力传感器的特性曲线图；同一加载力下，工作力传感器数据采集装置所采集的工作力传感器输出的力值与标准力传感器数据采集装置所采集的标准力传感器输出的力值之差即为工作力传感器误差；

S400)、模拟发动机高空飞行环境压力及对排气系统排出气体进行消音

S410)、启动排气系统中的引射器，抽取所述高空模拟舱内的气体，使所述高空模拟舱内的压力与发动机高空飞行时所处高度的环境压力相同；

S420)、排气系统排出的气体，由变频扩压器筒体开口一端的端面进入，通过变频扩压器导流锥导流，由若干变频扩压器出气孔排出，由若干变频扩压器出气孔排出的气体通过由3层消音片组件构成的交错排列的气流通道消音降噪后由塔体顶部的出口排出；

S500)、模拟超音速发动机进气参数

S510)、根据模拟状态点的进气总压和氧含量调节发动机进气供给压力调节阀和氧供给流量调节阀，使经过超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总压和氧含量与模拟状态点发动机的进气总压和氧含量相同；

S520)、根据模拟状态点的进气总温调节酒精供给流量调节阀并启动点火器，点燃酒精使酒精燃烧，燃烧的酒精在第一介质通道与第二介质通道的第二介质换热，使经过超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总温与模拟状态点发动机的进气总温相同；

S530)、根据模拟状态点的进气总压调节发动机进气供给压力调节阀，使经过超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总压与模拟状态点发动机的进气总压相同；

S600)、状态点模拟试验及测量该状态点下的被试发动机的推力

根据发动机模拟状态点的燃油需求量调节发动机燃油供给流量调节阀，使燃油供给源供给的燃油与发动机模拟状态点的燃油需求量相同，发动机点火，进行模拟状态点的进气模拟试验，显示器显示工作力传感器数据采集装置所采集的工作力传感器输出的力值；

S700)、第N状态点模拟试验及测量该状态点下的被试发动机的推力

分别调节氧供给流量调节阀，发动机进气供给压力调节阀，酒精供给流量调节阀和发动机燃油供给流量调节阀，使超音速喷管的超音速膨胀段出口的第二介质的总压、总温和氧含量与第N模拟状态点发动机的进气总压、总温和氧含量相同，燃油供给源供给的燃油与第N模拟状态点发动机的燃油需求相同；其中，N≥2；开始发动机第N状态点进气模拟试验至该状态点进气模拟试验并根据步骤S500的方法测量被试发动机在该状态点下的推力测量；

S800)、关闭试验台进气系统和排气系统

发动机熄火，关闭发动机燃油供给流量调节阀，氧供给流量调节阀，发动机进气供给压力调节阀和酒精供给流量调节阀后，关闭引射器主动气流供给压力调节阀。