流场畸变模拟装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种流场畸变模拟装置，包括：箱体；管体，管体设在箱体上；电机；蜗杆，蜗杆设在箱体内；锥齿轮组件，锥齿轮组件分别与电机和蜗杆相连；蜗轮，蜗轮设在蜗杆上；丝杆，丝杆与蜗轮啮合；导杆；直线轴承，直线轴承设在导杆上；齿轮螺母，齿轮螺母设在导杆上且与丝杆螺纹配合；插板，插板分别与直线轴承和齿轮螺母相连；位移检测组件；和控制器，控制器分别与位移检测组件和电机相连。根据本发明实施例的流场畸变模拟装置具有能够满足涡扇发动机抗进气畸变试验和发动机逼喘试验需求、且占用空间小、畸变指数连续可调、安装操作方便、模拟精度和自动化程度高、能够提高试验效率、降低试验成本、减少人员的工作量的等优点。
【专利说明】流场畸变模拟装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及航空领域，具体而言，涉及一种流场畸变模拟装置。
【背景技术】
[0002]稳定性是航空蜗轮发动机的重要指标之一，而对发动机稳定性影响最大的外部降稳因子是压力畸变。目前采用插板模拟方法为发动机匹配试验提供压力畸变流场，具体是在发动机上游安装一个插板模拟装置，气流通过插板形成低压区，插板的边缘形成紊流，在发动机进口产生周向的总压畸变和紊流度，以求在发动机前模拟某一状态下的进气道出口流场特点，来进行进气道和发动机的相容性试验。现有的压力流场畸变模拟装置有两大类:固定式畸变模拟器和可移动式畸变模拟器。
[0003]对于固定式畸变模拟器存在如下不足:为达到指定畸变指数和进行发动机逼喘试验往往需要对不同堵塞比的插板进行多轮尝试，消耗了大量人力物力，试验效率低；安装操作复杂，每次改变畸变模拟状态都需要拆装畸变模拟板，重新进行密封处理，由于一次试验只能做一个畸变状态的试验，完成一套畸变模拟器的全部标定试验需要时间较长，试验成本较高。
[0004]可移动式畸变模拟器分为液压畸变模拟器和电动畸变模拟器，其中液压畸变模拟器的体积庞大，建设成本和使用维护成本高，且每次试验都要全面系统检查，试验准备时间长、传动位移精度低。而电动畸变模拟装置的电动推杆传动箱体积较大，空间利用率低，使用受到一定限制，并且无法保证模拟插板在流道内部的垂直度。
【发明内容】
[0005]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种能够满足涡扇发动机抗进气畸变试验和发动机逼喘试验需求的流场畸变模拟装置，所述流场畸变模拟装置占用的空间较小，畸变指数连续可调，安装操作方便、模拟精度和自动化程度高，利用所述流场畸变模拟装置能够提高试验效率、降低试验成本、减少试验人员的工作量。
[0006]为实现上述目的，本发明提出一种流场畸变模拟装置，所述流场畸变模拟装置包括:箱体；管体，所述管体设在所述箱体上且所述管体内具有两端敞开的流道，所述管体上设有用于连通所述流道和所述箱体的插板口 ；电机，所述电机设在所述箱体上；蜗杆，所述蜗杆设在所述箱体内且所述蜗杆垂直于所述电机的电机轴；锥齿轮组件，所述锥齿轮组件设在所述箱体内且所述蜗杆分别与所述电机的电机轴和所述蜗杆相连，所述电机通过所述锥齿轮组件驱动所述蜗杆转动；蜗轮，所述蜗轮设在所述蜗杆上；丝杆，所述丝杆与所述蜗轮啮合且所述丝杆垂直于所述蜗杆，所述蜗杆转动时通过所述蜗轮带动所述丝杆转动；导杆，所述导杆设在所述箱体内且所述导杆与所述丝杆平行；直线轴承，所述直线轴承设在所述导杆上；齿轮螺母，所述齿轮螺母可滑动地设在所述导杆上且所述齿轮螺母与所述丝杆螺纹配合，所述丝杆转动时带动所述齿轮螺母在所述导杆上滑动；插板，所述插板分别与所述直线轴承和所述齿轮螺母相连，所述插板上设有与所述流道的横截面的形状相适配的弧形口，所述齿轮螺母滑动时带动所述插板沿所述管体的径向移动以使所述插板通过所述插板口伸入所述管体内；位移检测组件，所述位移检测组件设在所述箱体上，用于检测所述插板的位移；和控制器，所述控制器分别与所述位移检测组件和所述电机相连以根据所述位移检测组件的位移检测信号和畸变调节要求控制所述电机。
[0007]根据本发明实施例的流场畸变模拟装置通过设置一定曲率的所述插板遮蔽所述流道内的局部区域，对流经的气流造成扰动，从而在下游发动机进口处产生“稳态+紊流”的动态畸变流场，并且所述插板可以在所述电机的驱动下进行位移，以使畸变强度连续可调，由此可以实现不同的畸变流场和畸变指数，这样可以利用所述流场畸变模拟装置完成多个发动机畸变状态的试验，大幅提高了试验效率、降低了试验成本。而在试验中，由于所述插板的位置可调，所以不必进行更换，省去了大量拆装所述插板的工序，减少了试验人员的工作量。并且，通过设置所述锥齿轮组件、所述蜗轮、所述齿轮螺母等连接传动件，可以使所述电机的电机轴、所述蜗杆、所述丝杆以及所述导杆横纵交差，以减小所述流场畸变模拟装置占用的空间，方便所述流场畸变模拟装置的使用。所述流场畸变模拟装置采用机械式传动，不仅结构形式和密封性优于现有的流场畸变模拟器，而且所述插板通过所述直线轴承和所述齿轮螺母两点定位，保证了所述插板与所述流道的垂直度。通过所述控制器改变畸变模拟状态，模拟精度和自动化程度得到大大提高。因此，根据本发明实施例的流场畸变模拟装置具有能够满足涡扇发动机抗进气畸变试验和发动机逼喘试验需求、且占用空间小、畸变指数连续可调、安装操作方便、模拟精度和自动化程度高、能够提高试验效率、降低试验成本、减少人员的工作量的等优点。
[0008]另外，根据本发明上述实施例的流场畸变模拟装置还具有如下附加技术特征:
[0009]根据本发明的一个实施例，所述箱体包括本体和底座，所述本体可拆卸地安装在所述底座上，所述管体设在所述底座上。这样可以便于所述流场畸变模拟装置的安装与维修。
[0010]根据本发明的一个实施例，所述本体和所述底座之间设有密封圈。这样可以提高所述本体和所述底座之间的密封性。
[0011]根据本发明的一个实施例，所述管体和所述底座一体形成。这样不仅可以简化装配工艺，而且可以提高结构强度和密封性。
[0012]根据本发明的一个实施例，所述插板口沿所述管体的周向延伸且所述插板口的两端在所述管体的径向上相对，所述插板的宽度与所述插板口相适配。这样可以便于所述插板伸入所述插板口和遮挡所述流道，由此可以使所述插板移动时更加稳定，保证所述流场畸变模拟装置的模拟精度。
[0013]根据本发明的一个实施例，所述锥齿轮组件包括两个相互啮合的锥形齿轮，一个所述锥形齿轮设在所述电机的电机轴上且另一个所述锥形齿轮设在所述蜗杆上。这样可以使所述电机通过所述锥齿轮组件驱动所述蜗杆转动，且所述锥齿轮组件的结构简单、性能可靠。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述直线轴承和所述壳体之间设有碟簧。所述碟簧可以起到缓冲减震的作用，从而可以有效保护所述插板。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述位移检测组件包括:磁环支架和用于检测所述磁环支架的位移传感器。所述磁环支架设在所述插板上。所述位移传感器设在所述箱体上且与所述控制器相连，所述位移传感器穿过所述磁环支架。这样可以通过检测所述磁环支架来准确检测所述插板的位移，以便于收集所述插板的位移信息、掌握和控制实验状态。
[0016]根据本发明的一个实施例，所述箱体内设有支架，所述支架上设有间隔开的第一限位开关和第二限位开关，所述插板上设有行程探头，所述行程探头位于所述第一限位开关和所述第二限位开关之间以便所述第一限位开关和所述第二限位开关止挡所述行程探头以限制所述插板的行程。由此可以有效限定所述插板后的流场，提高所述流场畸变模拟装置的安全性。
[0017]根据本发明的一个实施例，所述插板在所述齿轮螺母的带动下遮挡所述流道的横截面的0%-50%。这样可以满足不同试验需要的流场畸变指数。
[0018]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0020]图1是根据本发明实施例的流场畸变模拟装置的主视剖视图；
[0021]图2是根据本发明实施例的流场畸变模拟装置的结构示意图；
[0022]图3是根据本发明实施例的流场畸变模拟装置的底座和管体的结构示意图；
[0023]图4是根据本发明实施例的流场畸变模拟装置的俯视剖视图；
[0024]图5是根据本发明实施例的流场畸变模拟装置的插板的结构示意图。
[0025]流场畸变模拟装置1、箱体100、本体110、底座120、支架130、第一限位开关131、第二限位开关132、管体200、流道210、插板口 220、电机300、蜗杆410、锥齿轮组件420、锥形齿轮421、蜗轮430、丝杆440、导杆450、直线轴承460、齿轮螺母470、插板500、行程探头510、弧形口 520、位移检测组件600、磁环支架610、位移传感器620、密封圈700、碟簧800。
【具体实施方式】
[0026]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0027]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0028]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0029]下面参考图1-图5描述根据本发明实施例的流场畸变模拟装置I。如图1-图5所示，根据本发明实施例的流场畸变模拟装置I包括:箱体100、管体200、电机300、蜗杆410、锥齿轮组件420、蜗轮430、丝杆440、导杆450、直线轴承460、齿轮螺母470、插板500、位移检测组件600和控制器(图中未示出)。
[0030]管体200设在箱体100上且管体200内具有两端敞开的流道210，管体200上设有用于连通流道210和箱体100的插板口 220。电机300设在箱体100上。蜗杆410设在箱体100内且蜗杆410垂直于电机300的电机轴。锥齿轮组件420设在箱体100内且锥齿轮组件420分别与电机300的电机轴和蜗杆410相连，电机300通过锥齿轮组件420驱动蜗杆410转动。蜗轮430设在蜗杆410上。丝杆440与蜗轮430啮合且丝杆440垂直于蜗杆410，蜗杆410转动时通过蜗轮430带动丝杆440转动。导杆450设在箱体100内且导杆450与丝杆440平行。直线轴承460设在导杆450上。齿轮螺母470可滑动地设在导杆450上且齿轮螺母470与丝杆440螺纹配合，丝杆440转动时带动齿轮螺母470在导杆450上滑动。插板500分别与直线轴承460和齿轮螺母470相连，插板500上设有与流道210的横截面的形状相适配的弧形口 520，齿轮螺母470滑动时带动插板500沿管体200的径向移动以使插板500通过插板口 220伸入管体200内。位移检测组件600设在箱体100上，用于检测插板500的位移。所述控制器分别与位移检测组件600和电机300相连以根据位移检测组件600的位移检测信号和畸变调节要求控制电机300。
[0031]下面描述根据本发明实施例的流场畸变模拟装置I的工作过程。所述控制器控制电机300通过锥齿轮组件420带动蜗杆410运动,蜗杆410通过蜗轮430来驱动丝杆440旋转运动，丝杆440通过齿轮螺母470使插入在管体200中的插板500在流道210的径向上移动，插板500的位移变化通过位移检测组件600获得，位移检测组件600将获取的信号传递到所述控制器进行数据显示。试验人员根据所述控制器显示结果和畸变调节要求完成相应的状态调节，从而达到改变发动机进气流场畸变度的目的。根据本发明实施例的流场畸变模拟装置I通过设置一定曲率的插板500遮蔽流道210内的局部区域，对流经的气流造成扰动，从而在下游发动机进口处产生“稳态+紊流”的动态畸变流场，并且插板500可以在电机300的驱动下进行位移，以使畸变强度连续可调，由此可以实现不同的畸变流场和畸变指数，这样可以利用流场畸变模拟装置I完成多个发动机畸变状态的试验，大幅提高了试验效率、降低了试验成本。而在试验中，由于插板500的位置可调，所以不必进行更换，省去了大量拆装插板500的工序，减少了试验人员的工作量。并且，通过设置锥齿轮组件420、蜗轮430、齿轮螺母470等连接传动件，可以使电机300的电机轴、蜗杆410、丝杆440以及导杆450横纵交差，以减小流场畸变模拟装置I占用的空间，方便流场畸变模拟装置I的使用。流场畸变模拟装置I采用机械式传动，不仅结构形式和密封性优于现有的流场畸变模拟器，而且插板500通过直线轴承460和齿轮螺母470两点定位，保证了插板500与流道210的垂直度。通过所述控制器改变畸变模拟状态，模拟精度和自动化程度得到大大提高。因此，根据本发明实施例的流场畸变模拟装置I具有能够满足涡扇发动机抗进气畸变试验和发动机逼喘试验需求、且占用空间小、畸变指数连续可调、安装操作方便、模拟精度和自动化程度高、能够提高试验效率、降低试验成本、减少人员的工作量的等优点。
[0032]具体而言，插板500可以在齿轮螺母470的带动下遮挡流道210的横截面的0%-50%。具体而言，插板500处于最低位时可以遮挡流道210横截面的50%，插板500处于最高位时可以不遮挡流道210。这样可以满足不同试验需要的流场畸变指数。
[0033]其中，插板500为可拆卸地，可根据不同的需求更换不同的插板500。
[0034]图1-图3示出了根据本发明一个实施例的流场畸变模拟装置I。如图1-图3所示，箱体100可以包括本体110和底座120，本体110可以可拆卸地安装在底座120上，管体200可以设在底座120上。具体而言，底座120上可以设有定位槽，本体110的下表面的形状可以与所述定位槽相适配，本体110和底座120可以通过多个螺纹紧固件可拆卸地安装在一起，多个螺纹紧固件可以等间距设置。这样可以便于流场畸变模拟装置I的安装与维修。
[0035]其中，如图1所示，本体110和底座120之间可以设有密封圈700。具体而言，底座120上可以设有安装槽，密封圈700可以配合在安装槽中。这样可以提高本体110和底座120之间的密封性。
[0036]有利地，管体200和底座120可以一体形成。这样不仅可以简化装配工艺，而且可以提高结构强度和密封性。
[0037]可选地，如图1、图4和图5所示，导杆450、丝杆440、蜗轮430、齿轮螺母470可以均为两个，直线轴承460可以为四个。具体而言，插板500的两侧可以分别设有一个所述丝杆通孔和两个所述导杆通孔，两个所述导杆通孔可以在竖直方向上相对，每个所述导杆通孔内可以配合有一个直线轴承460，每根导杆450可以穿过两个直线轴承460与插板500相连，每个所述丝杆通孔内可以配合有一个齿轮螺母470，每根丝杆440可以穿过一个齿轮螺母470与插板500相连。这样可以提高插板500的稳定性，进一步提高流场畸变模拟装置I的模拟精度。
[0038]图1、图3-图5示出了根据本发明一个具体实施例的流场畸变模拟装置I。如图1、图3-图5所示，插板口 220可以沿管体200的周向延伸且插板口 220的两端可以在管体200的径向上相对，插板500的宽度可以与插板口 220相适配。这样可以便于插板500伸入插板口 220和遮挡流道210，由此可以使插板500移动时更加稳定，保证流场畸变模拟装置I的模拟精度。
[0039]有利地，如图1和图4所示，锥齿轮组件420可以包括两个相互啮合的锥形齿轮421，一个锥形齿轮421可以设在电机300的电机轴上且另一个锥形齿轮421可以设在蜗杆410上。这样可以使电机300通过锥齿轮组件420驱动蜗杆410转动，且锥齿轮组件420的
结构简单、性能可靠。
[0040]可选地，如图1所示，直线轴承460和箱体100之间可以设有碟簧800。具体而言，碟簧800可以为两个且两个碟簧800可以分别套设在两个导杆450上。碟簧800可以起到缓冲减震的作用，从而可以有效保护插板500。
[0041]图1、图2和图4示出了根据本发明一个具体示例的流场畸变模拟装置I。如图1、图2和图4所示，位移检测组件600可以包括磁环支架610和位移传感器620。磁环支架610可以设在插板500上。位移传感器620可以设在箱体100上且位移传感器620可以与所述控制器相连，位移传感器620可以穿过磁环支架610，用于检测磁环支架610。这样可以通过检测磁环支架610来准确检测插板500的位移，以便于收集插板500的位移信息、掌握和控制实验状态。
[0042]有利地，如图1和图4所示，箱体100内可以设有支架130，支架130上可以设有间隔开的第一限位开关131和第二限位开关132，插板500上可以设有行程探头510，行程探头510可以位于第一限位开关131和第二限位开关132之间以便第一限位开关131和第二限位开关132止挡行程探头510以限制插板500的行程。具体而言，第一限位开关131和第二限位开关132可以分别用于限定插板500的最大行程和最小行程。在插板500移动时，行程探头510触发第一限位开关131和第二限位开关132时，可以使电机300停止转动。由此可以有效限定插板500后的流场，提高流场畸变模拟装置I的安全性。
[0043]流场畸变模拟装置I的关键位置处可以设置有观察窗口，以便于监控设备状态。
[0044]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0045]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种流场畸变模拟装置，其特征在于，包括: 箱体； 管体，所述管体设在所述箱体上且所述管体内具有两端敞开的流道，所述管体上设有用于连通所述流道和所述箱体的插板口； 电机，所述电机设在所述箱体上； 蜗杆，所述蜗杆设在所述箱体内且垂直于所述电机的电机轴； 锥齿轮组件，所述锥齿轮组件设在所述箱体内且分别与所述电机的电机轴和所述蜗杆相连，所述电机通过所述锥齿轮组件驱动所述蜗杆转动； 蜗轮，所述蜗轮设在所述蜗杆上； 丝杆，所述丝杆与所述蜗轮啮合且垂直于所述蜗杆，所述蜗杆转动时通过所述蜗轮带动所述丝杆转动； 导杆，所述导杆设在所述箱体内且与所述丝杆平行； 直线轴承，所述直线轴承设在所述导杆上； 齿轮螺母，所述齿轮螺母可滑动地设在所述导杆上且与所述丝杆螺纹配合，所述丝杆转动时带动所述齿轮螺母在所述导杆上滑动； 插板，所述插板分别与所述直线轴承和所述齿轮螺母相连，所述插板上设有与所述流道的横截面的形状相适配的弧形口，所述齿轮螺母滑动时带动所述插板沿所述管体的径向移动以使所述插板通过所述插板口伸入所述管体内； 位移检测组件，所述位移检测组件设在所述箱体上，用于检测所述插板的位移；和控制器，所述控制器分别与所述位移检测组件和所述电机相连以根据所述位移检测组件的位移检测信号和畸变调节要求控制所述电机。
2.根据权利要求1所述的流场畸变模拟装置，其特征在于，所述箱体包括本体和底座，所述本体可拆卸地安装在所述底座上，所述管体设在所述底座上。
3.根据权利要求2所述的流场畸变模拟装置，其特征在于，所述本体和所述底座之间设有密封圈。
4.根据权利要求2所述的流场畸变模拟装置，其特征在于，所述管体和所述底座一体形成。
5.根据权利要求1所述的流场畸变模拟装置，其特征在于，所述插板口沿所述管体的周向延伸且所述插板口的两端在所述管体的径向上相对，所述插板的宽度与所述插板口相适配。
6.根据权利要求1所述的流场畸变模拟装置，其特征在于，所述锥齿轮组件包括两个相互啮合的锥形齿轮，一个所述锥形齿轮设在所述电机的电机轴上且另一个所述锥形齿轮设在所述蜗杆上。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的流场畸变模拟装置，其特征在于，所述直线轴承和所述箱体之间设有碟簧。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的流场畸变模拟装置，其特征在于，所述位移检测组件包括: 磁环支架，所述磁环支架设在所述插板上； 用于检测所述磁环支架的位移传感器，所述位移传感器设在所述箱体上且与所述控制器相连，所述位移传感器穿过所述磁环支架。
9.根据权利要求1所述的流场畸变模拟装置，其特征在于，所述箱体内设有支架，所述支架上设有间隔开的第一限位开关和第二限位开关，所述插板上设有行程探头，所述行程探头位于所述第一限位开关和所述第二限位开关之间以便所述第一限位开关和所述第二限位开关止挡所述行程探头以限制所述插板的行程。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的流场畸变模拟装置，其特征在于，所述插板在所述齿轮螺母的带动下遮挡所述流道的横截面的0%-50%。
【文档编号】G01M15/02GK103471852SQ201310452743
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】赵英, 张韬, 王汉权, 张金良, 陈宝延 申请人:北京动力机械研究所