[发明专利]一种压气机高空环境试验系统及调节方法

说明书

本发明涉及一种压气机高空环境试验系统及调节方法，包括：进气调温系统、进气调压系统、排气系统、低压试验舱、动力系统、传动系统、排气换热系统、试验压气机等；所述进气调温系统、进气调压系统、低压试验舱依次连接，试验压气机和传动系统均设置在低压试验舱内，动力系统通过叠片联轴器与低压试验舱内的传动系统连接，在传动系统机匣与低压试验舱壳体之间采用波纹管结构密封连接，隔离低压试验舱内的低压空气和环境大气，保持转子系统在同一温度环境，且波纹管能补偿机匣热变形，改善转子系统支点的同心度。该调节方法采用手工调节和PID自动调节相结合以维持试验压气机进气压力和流量稳定，从而实现试验压气机工作雷诺数连续可变的调节。

技术领域

本发明属于航空燃气涡轮发动机模拟试验技术领域，具体涉及一种压气机高空环境试验系统及调节方法。

背景技术

雷诺数是衡量流体粘性对航空发动机压缩系统和膨胀系统部件性能影响的重要准则之一。当发动机进口气流的雷诺数大于某一临界值时，雷诺数对发动机各部件(包括风扇、压气机和涡轮)的影响基本可以忽略，因此压缩系统的流量、压比和效率也将基本不受雷诺数变化的影响；但当发动机进口雷诺数小于此临界值时，雷诺数的变化对各部件的影响逐步显现，并对发动机各性能参数均带来直接影响。对于压缩系统而言，当叶弦雷诺数低于临界雷诺数时，叶片边界层流动将以分离泡的形式实现从层流向湍流的转捩，同时损失上升、叶片升力减小、落后角增加；当进一步降低叶弦雷诺数，闭式分离泡将转变为大尺寸开式分离，叶片通道逐步丧失其应有的流动特征，损失急剧上升。因此，深入理解高空低雷诺数下压缩系统叶片内部流动机理，量化高空低雷诺数效应对压缩系统性能及稳定性的影响，并采取有效措施降低高空低雷诺数的不利影响，有效提高压缩系统在高空低雷诺数条件下的性能，是军民用航空发动机尤其是高空飞行的发动机亟需解决的关键问题。

为获得有效的压气机高空性能，需采用压气机高空环境试验系统，形成压气机所需的高空进气压力和进气温度。按照进气方式，压气机高空环境试验系统主要有两种类型。第一类是试验压气机进气口直接和进气温度和压力调节系统管路连接(参见图1)，称为直连式试验系统；由于这类试验系统的进气调节与压气机运行状态匹配困难，导致试验过程压气机进口的压力难以稳定在某一数值附近，而是随压气机工作状态不断变化，因而导致压气机的雷诺数不能连续可调，难以获得理想的压气机高空性能特性。另一类是将试验压气机置于低压试验舱内(参见图2)，这一类试验系统由于低压试验舱的容腔效应，可有效减小压气机工作状态变化对进气压力的影响，因而可以维持压气机进气压力基本稳定，进而可以通过调节压力而调节压气机雷诺数，实现压气机试验雷诺数的连续可调，从而获得理想的压气机高空特性曲线。这一类试验系统存在的问题包括：如何保证低压试验舱内部与环境大气之间的气体密封、低压试验舱以及设备的热变形导致的转子支点同心度如何自动补偿以及试验过程中如何维持压气机进气压力稳定等。

发明内容

针对以上技术问题，本发明提出了一种带低压试验舱、可有效解决上述问题的压气机高空环境试验系统及调节方法，通过在增速齿轮箱低速轴端利用波纹管和增速齿轮箱高精度零件进行低压空气与环境大气隔离，用于开展高空低雷诺数条件下风扇/压气机气动性能试验的高空环境试验系统；该试验系统采用手工调节和PID自动调节相结合的方法以维持压气机进气压力和流量稳定，从而实现压气机工作雷诺数连续可变的调节方法。

本发明的技术方案为：一种压气机高空环境试验系统，包括：进气调温系统、进气调压系统、排气系统、低压试验舱、动力系统、传动系统及试验压气机；其中，

所述进气调温系统、进气调压系统、低压试验舱依次连接，试验压气机和传动系统均设置在低压试验舱内，试验压气机与传动系统连接，动力系统通过叠片联轴器与低压试验舱内的传动系统连接；

在传动系统的机匣与低压试验舱壳体之间采用波纹管结构密封连接，隔离低压试验舱内的空气和环境大气。

进一步的，所述进气调温系统的输入端包括两个进气口，分别连接有第一气源和第二气源，第一气源和第二气源的气流经过进气调温系统按照预定的比例掺混后，达到所模拟高度对应的试验压气机进气口温度条件。