[发明专利]一种航空发动机进气总压畸变生成装置设计方法

说明书

一种航空发动机进气总压畸变生成装置设计方法，属于航空发动机测试系统设计领域。本设计方法基于进气格栅原理，提出利用可变形材料，以翼型格栅作为变形的基础，利用气泵向畸变生成装置充气或抽气，实现翼型格栅迎风面积的增大或减小，并考虑格栅整体堵塞度，最终设计得到可重复使用的，稳态周向总压畸变和稳态径向总压畸变空间分布单独可控的航空发动机进气总压畸变生成装置。该设计方法的应用可以节省航空发动机稳态总压畸变生成装置的制造成本，缩短航空发动机总压畸变的测试周期。

技术领域

本发明属于航空发动机测试系统设计领域，尤其涉及一种航空发动机进气总压畸变生成装置设计方法。

背景技术

飞机进气道的作用为捕获航空发动机所需流量和品质的气流并输送至发动机入口，以满足发动机稳定工作的需求。在真实飞行环境中，进气道出口，也即航空发动机入口气流不可避免的会出现速度、压力、温度等气流参数的时间空间分布不均匀，这种在发动机入口气流参数的时间空间分布不均匀称为航空发动机进气畸变。航空发动机入口气流总压畸变会影响发动机的稳定工作范围，直接影响飞机推进系统性能。发动机总压畸变指数是评定发动机性能、指导发动机设计的重要参数。对航空发动机设计单位而言，发动机最终安装的机型以及发动机工况，如飞行速度、攻角、侧滑角等参数的不同会导致发动机入口的总压畸变不同，因此需要在发动机的设计研制阶段测试发动机正常工作能够允许的总压畸变范围。

通常情况下，航空发动机的总压畸变测试环境为地面试车台或高空试车台。测试环境相对单一，影响因素可控。例如，在等直环形喇叭口进气道中，人为制造可控的总压畸变气流并输送给发动机，以测试发动机的性能变化。这种人为可控的总压畸变气流由总压畸变生成装置生成。目前，国内外常见的发动机进气总压畸变生成装置包括网状总压畸变生成器、射流总压畸变生成器、板状总压畸变生成器、插拔总压畸变生成器等。其中，板状总压畸变生成器较为常用，多用于模拟稳态的总压畸变。通过在燃气涡轮发动机试车进气道中加入可替换的畸变模拟板可以生成不同畸变强度的总压畸变气流。美国阿诺德空军基地和美国弗吉尼亚理工大学的研究人员就进气畸变对发动机的影响地面直连试验方法开展了一系列的研究。研究的主要目的集中于如何通过总压畸变生成装置有效获得发动机入口多种稳态总压畸变流场。板状总压畸变生成装置设计的出发点在于通过在均匀流场中施加局部阻挡，使流场的均匀性受到破坏，而且加入的局部阻挡能够消耗来流中的部分动能，使总压下降。根据进气道出口可能产生的周向和径向总压畸变的空间位置分布，调整畸变模拟板在低压区对应位置的分布，最终在进气道出口产生相应的稳态总压畸变图谱。逆向喷流也是获取总压畸变流场的一种有效方法，根据所需的总压畸变的位置分布和畸变区域大小，将高压气体通过逆向喷流管从相应的喷射孔喷入流场，喷射的高压气体与进入进气道中的气流流动方向相反，两股气流形成对冲，导致总压损失，最终获得所需的总压畸变流场。在实际的工程应用中，板状总压畸变生成装置应用较为广泛，但其设计和制造是一大难点，如果需要获得较为精细和准确的总压畸变流场，畸变生成板需要能够在特定细微的位置对流场产生符合预期的阻扰，这对畸变生成板的设计和加工提出了挑战。同时，如果需要对发动机的总压畸变特性开展大量的测试，试验件的可替换性也非常重要，试验件的设计加工制造需要考虑人力和物力的成本。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种航空发动机进气总压畸变生成装置设计方法，该设计方法的应用可以节省航空发动机稳态总压畸变生成装置的制造成本，缩短航空发动机总压畸变的测试周期。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种航空发动机进气总压畸变生成装置设计方法，包括以下步骤：

(1)根据航空发动机进气整流锥最大半径和发动机入口半径，选定总压畸变生成装置内环半径和外圆半径，选定径向翼型支杆数量和环状翼型支杆数量，计算并校验最小扇形角和最小环形面积是否满足设计要求，若不满足设计要求，则重新选定径向翼型支杆数量和环状翼型支杆数量；

(2)利用等面积法计算每一个环状翼型支杆半径；