[发明专利]一种气浮涡轮冷却器自动启停试验装置及其试验方法

说明书

本发明公开了一种气浮涡轮冷却器自动启停试验装置及其试验方法，气浮涡轮冷却器自动启停试验装置包括有供气源装置、主阀门、旁路阀门、电控阀门组件、进口稳压罐、振动变送器、采集及控制系统、出口负压罐和两个排气管道，电控阀门组件包括有阀门驱动电机和控制阀门，阀门驱动电机的转动轴与控制阀门的开关连接实现控制阀门的电动旋转开闭操作。本发明用供气源装置驱动模拟冲压空气驱动气浮涡轮冷却器工作，利用转速可调的电控阀门组件实现气浮涡轮冷却器的自动启停控制，并根据各项数据采集分析判定启停试验中气浮涡轮冷却器的性能。

技术领域

本发明涉及航空涡轮冷却器地面测试领域，具体是一种气浮涡轮冷却器自动启停试验装置及其试验方法。

背景技术

涡轮冷却器是航空机载空气循环制冷系统中的核心制冷部件，利用压缩空气在涡轮内部膨胀并驱动涡轮旋转，将压缩空气所蕴含的内能转换为机械能对外输出后产生焓降，由此获得连续的低温气流。典型的涡轮冷却器包括进排气管道、壳体、蜗壳、转子、位于转子上同轴反向布置的制冷涡轮和压缩涡轮、支承转子高速旋转的气浮轴承等部件。

不同于工作在飞机内部的涡轮冷却器利用来自飞机发动机的压缩空气驱动涡轮旋转制冷，工作在机载外挂吊舱内部的涡轮冷却器利用载机飞行产生的冲压空气直接驱动制冷涡轮并膨胀降温，产生的低温空气进入换热器用冷后再进入和制冷涡轮同轴设置的压缩涡轮，经压缩涡轮的抽吸、升压后排出。在压缩涡轮的抽吸作用下制冷涡轮出口会产生一定负压，从而提升制冷涡轮的膨胀比及温降，而压缩涡轮动力来自于冲压空气在制冷涡轮内膨胀降温时对外输出的轴工，整个涡轮冷却器由风力驱动旋转，无需设置电机及消耗电能。

由于冲压空气的压力和气量受载机飞行的速度、高度、俯仰及偏航姿态等因素影响较大，由冲压空气驱动的涡轮冷却器不仅在飞机每个飞行架次的起飞和降落阶段面临启动和停机，在飞行期间也可能发生因为载机机动动作导致冲压空气气量大幅度降低引发的涡轮停机及再启动，机载吊舱涡轮冷却器工作工况复杂程度及工作环境恶劣程度要要高于飞机内部的涡轮冷却器。采用气浮轴承支承涡轮冷却器在启动和停机阶段由于转速较低，轴承内的动压润滑气膜尚未形成或已经消失，在此期间轴承内的接触干摩擦会造成轴承表面耐磨的涂层的损耗。随着启停次数和干摩擦次数的不断增多，气浮轴承的磨损导致性能逐步衰减，最终导致气浮轴承失效。相较于涡轮自身的机械强度、抗疲劳特性等因素可在设计之初加以提升、在工艺实现时加以控制，涡轮启停工作期间气浮轴承内的接触磨损无法避免，是影响气浮涡轮冷却器可靠性主要因素。因此通过对涡轮冷却器进行多次启停测试，考核气浮轴承的启停次数及涡轮冷却器性能随启停次数增加的衰减程度，从而可实现涡轮冷却器寿命考核的目的，对气浮涡轮冷却器产品开发有较强的现实依据和较高的实用价值。

为满足涡轮冷却器数千乃至上万小时的可靠性要求，即使是一个飞行架次期间涡轮仅在飞机起飞和降落阶段的发生一次启停，一个飞行架次按2小时计，涡轮冷却器的启停考核次数也需达到数千次。考虑到飞行期间因载机进行机动动作时冲压空气压力气量降低引发的涡轮冷却器停机和启动，启停考核次数需进一步增加，则通过人为操作开关进气阀门实现数千次乃至上万启停实施效率较低，而且手动开关阀门的速率受人为影响较大。在冲压空气压力和气量随载机起飞滑跑速度增加不断提升过程中，涡轮冷却器由开始旋转到完全起浮会存在长达数秒的干摩擦旋转时间，故对启动时长加以调节和控制也是在启停测试中需考虑的一个能符合涡轮冷却器真实工作载荷要求的重要因素。

而利用高速电机结合电机控制直接驱动涡轮转子启停考核虽然可以实现自动化，但是电驱的涡轮转子有别于涡轮冷却器利用风力驱动工作时压力和转速特性，亦无法满足涡轮冷却器真实启停考核要求。单纯的利用电磁阀通断控制实现自动启停也存在阀门开关速率不可调节，电磁阀通断时产生气锤效应对涡轮冷却器载荷超限，造成过试验等不良后果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种气浮涡轮冷却器自动启停试验装置及其试验方法，用供气源装置驱动模拟冲压空气驱动气浮涡轮冷却器工作，利用转速可调的电控阀门组件实现气浮涡轮冷却器的自动启停控制，并根据各项数据采集分析判定启停试验中气浮涡轮冷却器的性能。