一种稳动态指数可调的畸变发生器、组件及流场实验装置

1.本发明涉及流场测试领域，尤其涉及一种稳动态指数可调的畸变发生器、组件及流场实验装置。


背景技术：

2.随着飞行器的不断发展，航空发动机的进气畸变受到诸如战机高机动飞行，隐身设计的s型进气道的使用，以及导弹尾迹等因素的强烈影响。总压进气畸变会造成叶片受力不均，是造成叶片疲劳的主要因素之一，严重时会导致发动机喘振、叶片断裂甚至发生空中停车事故。
3.总压进气畸变主要分为稳态和动态总压畸变，稳动态总压畸变都会对航空发动机性能以及稳定裕度造成影响。采用畸变模拟器模拟发动机进口稳动态总压畸变进行实验是一种高效安全的方法。现有技术中，总压畸变模拟器局限性在于其产生的稳动态总压畸变指数比例接近1:1，难以精确模拟实际的发动机进口的总压畸变。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种稳动态指数可调的畸变发生器，以解决进气总压畸变发生器不能够有效地调节稳、动态畸变指数的比例大小的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明实施例提供的稳动态指数可调的畸变发生器，用于调节高低压流体在空间的分布，所述畸变发生器包括第一管道、第二管道以及设在所述第一管道和/或第二管道外侧的多个喷嘴；
7.所述第一管道与所述第二管道具有相同内径的流道；
8.所述第一管道的端部具有向外侧凸起的第一凸缘部，所述第二管道的端部具有向外侧凸起的环形第二凸缘部，所述第一凸缘部的端部具有锥形部，所述第二凸缘部具有容置所述锥形部的腔体，所述锥形部与所述腔体配位，所述锥形部的表面与所述腔体的内壁面间隔设置形成狭缝；
9.所述畸变发生器还包括多个间隔部，各个所述间隔部用于将所述狭缝分割为沿周向均匀分布的多个进气口，每个所述进气口与相应地所述喷嘴连通。
10.根据本发明的至少一个实施方式，各个所述间隔部为均匀设在所述锥形部表面的凸起，所述凸起的具有背离所述锥形部表面的端面，所述端面与所述腔体的内壁面贴合，或
11.各个所述间隔部为均匀设在所述腔体的内壁面的凸起，所述凸起具有背离所述腔体内壁面的端面，所述端面与所述锥形部的表面贴合。
12.根据本发明的至少一个实施方式，所述进气口的宽度为所述第一管道直径的0.25％～0.85％，所述进气口的宽度方向为：从所述锥形部的表面到所述腔体的内壁面的分布方向；
13.所述进气口的数量为8个～32个。
14.根据本发明的至少一个实施方式，所述锥形部的锥角为60
°
～120
°
，所述喷嘴的射流面与所述锥形部的表面共面。
15.根据本发明的至少一个实施方式，所述喷嘴的端部还设有固定板，所述第一凸缘部和所述第二凸缘部分别与所述固定板连接；
16.所述固定板具有第一板段以及与所述第一板段成l型设置的第二板段，所述第一板段背离所述喷嘴的端面贴合设置在所述第一凸缘部、所述第二凸缘部的外圆周面上，所述第二凸缘部背离所述第一凸缘部的端面靠近外圆周面的位置还设有凹槽，所述凹槽与所述第二板段配合用于所述喷嘴的轴向定位。
17.根据本发明的至少一个实施方式，设在所述第一凸缘部的间隔部背离所述第一凸缘部的端面上设有第一定位孔，所述第二凸缘部背离所述第一凸缘部的端面上设有第二定位孔，所述第一定位孔与所述第二定位孔配合用于所述第一管道和所述第二管道的周向位置定位；
18.所述第二凸缘部的外圆周面上设有第三定位孔，所述固定板所具有的第一板段具有第四定位孔，所述第三定位孔与所述第四定位孔配合用于所述喷嘴的周向定位。
19.根据本发明的至少一个实施方式，所述第一板段背离所述第二板段的端部与所述第一凸缘部焊接连接；
20.所述第二板段背离所述第一板段的端面与所述凹槽的底面焊接连接。
21.根据本发明的至少一个实施方式，所述畸变发生器还包括控制器，所述控制器与各个所述喷嘴的阀门通信连接，所述控制器用于控制每个所述喷嘴的启闭以及射流速度。
22.相对于现有技术，本发明的畸变发生器具有以下优势：
23.本发明提供的稳动态指数可调的畸变发生器，通过在第一管道的端部设有向外侧凸起的第一凸缘部，在第二管道的端部设有向外侧凸起的环形第二凸缘部，第一凸缘部的端部具有锥形部与第二凸缘部的腔体之间相互配合，锥形部的表面与腔体的内壁面平行间隔设置从而形成供喷嘴产生的射流通过的狭缝，而在狭缝中设置多个间隔部，形成沿畸变发生器周向均匀分布的多个进气口，每个进气口有独立的喷嘴与之连接。由于进气口由锥形部与腔体、间隔部围设形成，因此进气口的射流与流道的中轴线成一定倾斜角度，位于高压区的进气口射流能够降低高压区域的总压，从而改变流场中的高低压区域分布。
24.相对于使用一个管道开设进气口，再将喷嘴与进气口连通，由于气密性的需求要进行焊接连接，而焊接点会产生热变形，进而影响到射流狭缝的加工精度。而本发明将喷嘴与两个管道之间的连接设在第一凸缘部、第二凸缘部上，可以远离进气口靠近流道内壁面的位置，保证了焊接中产生的热变形不会影响到射流狭缝的加工精度，同时加长了进气口的长度，提高了射流方向的准确度。
25.本发明的另一目的在于还提供一种畸变发生器组件，包括高低压流体发生器以及上述的畸变发生器，沿着流体流动方向，所述畸变发生器设在所述高低压流体发生器之后，所述畸变发生器与所述高低压流体发生器之间的间距为所述流道直径的0.5～1.5倍；
26.控制器与所述高低压流体发生器通信连接，所述控制器用于调节流道中稳动态畸变指数。
27.相对于现有技术，本发明所述的畸变发生器组件具有的优势与上述畸变发生器所具有的优势相同，在此不再赘述。
28.本发明的另一目的在于还提供一种流场实验装置，包括畸变发生器组件、风机，所述风机通过管路与所述畸变发生器组件的流道连通。
29.相对于现有技术，本发明所述的流场实验装置具有的优势与上述畸变发生器所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
30.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
31.图1是根据本发明的实施方式畸变发生器立体结构的示意图。
32.图2是图1的正视结构示意图。
33.图3是图2的剖视结构示意图。
34.图4是根据本发明的实施方式第一管道的立体结构的示意图。
35.图5是图4的正视结构示意图。
36.图6是根据本发明的实施方式第二管道的立体结构的示意图。
37.图7是图6的剖视结构示意图。
38.图8是图7的a部放大结构示意图。
39.图9是根据本发明的实施方式喷嘴的立体结构的示意图。
40.图10是现有技术中插板式高低压流体发生器。
41.附图标记：1、第一管道；11、第一凸缘部；111、锥形部；112、间隔部；2、第二管道；21、第二凸缘部；211、内壁面；212、凹槽；3、喷嘴；4、进气口；5、固定板；51、第一板段；52、第二板段；61、第一定位孔；62、第二定位孔；63、第三定位孔；64、第四定位孔；80、插板；90、管路。
具体实施方式
42.下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
43.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
44.请参阅图10所示，总压畸变模拟器多为插板式畸变模拟器，可有单插板和双插板畸变模拟器，通过调节插板80的数量以及插入管路90的深度来调节畸变的强烈程度，调节方式简单可靠。插板插入进气道阻挡了气流的正常流动，在插板后形成低速回流区，在待测截面产生高低压区域，形成强烈的总压畸变。该种插板式总压畸变模拟器可同时产生稳动态总压畸变。
45.为了更加精确的模拟发动机在实际工作中遇到的总压进气畸变，需设计一种可调节稳动总压畸变指数及其比例的畸变模拟器。然而，上述插板式总压畸变模拟器由于产生的稳动态总压畸变指数比例接近1:1，无法任意调节稳动态总压畸变指数的比例，难以精确模拟实际的发动机进口的总压畸变。
46.本发明基于上述现有技术的局限性，提供了一种可调节稳动态总压畸变指数及其比例的畸变发生器，通过射流来调节高低压流体在空间的分布，从而调节稳动态总压畸变指数及其比例。
47.请参阅图1至图8所示，根据本发明的示例性地实施例，提供的稳动态指数可调的畸变发生器包括第一管道1、第二管道2以及设在第一管道1和/或第二管道2外侧的多个喷嘴3；第一管道1与第二管道2具有相同内径的流道；第一管道1的端部具有向外侧凸起的第一凸缘部11，第二管道2的端部具有向外侧凸起的环形第二凸缘部21，第一凸缘部11的端部具有锥形部111，第二凸缘部21具有容置锥形部111的腔体，锥形部111与腔体配位，锥形部111的表面与腔体的内壁面211平行间隔设置形成狭缝；畸变发生器还包括多个间隔部112，各个间隔部112用于将狭缝分割为沿畸变发生器周向均匀分布的多个进气口4，每个进气口4与相应地喷嘴3连通。
48.实际使用时，喷嘴3与压缩空气罐连接，源源不断提空压缩空气，满足射流要求。通过调节各个喷嘴3中射流的通断以及射流的速度，选择合适的进气口4的位置进行射流以及控制射流速度，在高压区射流能够有效降低高压区域的总压，改变流场中的高低压区域分布，降低稳态总压畸变。数值模拟结果表明，射流的加入对动态总压畸变指数的影响较小，但能显著影响稳态总压畸变，从而稳动态总压畸变的比例会发生变化。
49.在一些实施方式中，将流道设计为第一管道1、第二管道2两段形式，二者具有相同内径的流道，从而形成完整的一个流道，主要是为了进气口4的加工，使用在一个管道上开设进气口，进而焊接喷嘴的连接方式，焊接点会产生热变形，从而影响到进气口的加工尺寸，无法控制稳动态总压畸变比例。本发明实施例采用在两个管道连接处分别设置凸缘的方式，不仅拉长了进气口的长度，提高射流方向的准确度。而且在将喷嘴焊接于凸缘上时，由于焊接点远离靠近内壁的进气口4，从而保证了进气口4在靠近流道内壁面处的尺寸。示例性地，在第一管道1的第一凸缘部11的端部设置锥形部111，第二管道2的第二凸缘部21设置容置锥形部111的腔体，锥形部111的表面与腔体的内壁面211平行间隔设置形成狭缝，并在其中设置多个间隔部112，将狭缝分割为沿畸变发生器周向均匀分布的多个进气口4，从而可以独立控制每个进气口4的射流启闭及射流速度，达到调节流道内高低压区域分布的目的。
50.示例性地，请参阅图5所示，各个间隔部112为均匀设在锥形部111表面的凸起，凸起的具有背离锥形部111表面的端面，间隔部112的端面与腔体的内壁面211贴合，各个间隔部112的凸起高度一致，使得形成的进气口4宽度沿径向方向一致；可以理解的是，上述各个间隔部112也可以为均匀设在腔体的内壁面211的凸起，凸起具有背离腔体内壁面211的端面，凸起的端面与锥形部111的表面贴合，从而形成各个进气口4。锥形部111与间隔部112一体成型，相对于在间隔部112设在腔体的内壁面211，更容易加工成型。
51.在一些实施方式中，进气口4的宽度为第一管道1直径的0.25％～0.85％，可选地为0.5％～0.6％，进气口4的宽度方向为：从锥形部111的表面到腔体的内壁面211的分布方向。示例性地，对于直径为905mm进气道，射流狭缝设为2.5mm-7.5mm，可选地为5mm。进气口4的数量主要考虑进气道直径的大小，进气道直径越大，壁面周长越长，能够放置的进气口4位置越多。所要求的射流调控精度，进气口4数量越多，调节流场的精度越高，示例性地，进气口4的数量为8个～32个，可选地为16个。而进气口4的弧长由进气口4的数量决定，其弧长
正比于：进气道圆周长/进气口的数量，当然还要考虑间隔部112的宽度。
52.考虑到射流方向对流场中的高低压区域分布的影响，请参阅图3所示，进气口4与流道的轴线成α角，且与来流方向相对，射流方向示例性地α角为30
°
～60
°
，可选地为45
°
。从另一角度描述即锥形部111的锥角为60
°
～120
°
，而为了提供更为精确的射流方向，喷嘴3的射流面也应与锥形部111的表面共面。
53.为了将喷嘴3固定在管道上与进气口4连通，在一些实施方式中，请参阅图1至图3、图7至图9所示，喷嘴3的在其底部位置还设有固定板5，其中，固定板5设置在第一凸缘部11和第二凸缘部21上；具体地，固定板5具有第一板段51、第二板段52，二者成l型设置，其中，第一板段51背离喷嘴3的端面的一部分贴合设置在第一凸缘部11的外圆周面上、另一部分贴合设置在第二凸缘部21的外圆周面上。相应地，在第二凸缘部21背离第一凸缘部11的端面靠近外圆周面的位置还设有凹槽212，凹槽212与第二板段52配合用于喷嘴3的轴向定位，第二板段52的底面与凹槽212的底面固定连接，例如焊接。第一板段51背离第二板段52的靠近端部处的底面与第一凸缘部11的外圆周面固定连接，例如焊接。
54.考虑到各个管道以及喷嘴的精确定位，在一些实施方式中，请参阅图5至图9所示，在第一凸缘部11的间隔部112背离第一凸缘部11的端面上设有第一定位孔61，第二凸缘部21设有与相应第一定位孔61配位的第二定位孔62，请参阅图8所示，第二定位孔62沿着流道的轴向方向，从第二凸缘部21的凹槽212下方贯穿至腔体的内壁面，使用时将销钉穿过第二定位孔62直至间隔部112的第一定位孔61上进行定位，使得第一管道1和第二管道2的周向位置相对固定不变。请参阅图6所示，在第二凸缘部21的外圆周面上设有第三定位孔63，相应地在固定板5所具有的第一板段51具有第四定位孔64，而第四定位孔64为贯穿第一板段51的通孔，使用销钉穿过第四定位孔64直至第二凸缘部21的第三定位孔63，进而实现了固定板5的周向定位，也就是喷嘴3的周向定位，进而进行焊接固定连接。各个定位孔的设置，可以精确地控制各个部件之间的连接位置，进而提高加工的精确度，保证测试结果的准确性。
55.在一些实施方式中，上述稳动态指数可调的畸变发生器还包括控制器，控制器与各个喷嘴3的阀门通信连接，控制器用于控制每个喷嘴3的启闭以及射流速度。通过控制器控制相应喷嘴的启闭以及相应的射流速度，进而控制进气口4的空气射流向管道内喷射的位置和速度，从而改变流场中的高低压区域分布，进而模拟出不同稳动态总压畸变比例的进气畸变条件。
56.在一些实施方式中，上述喷嘴3主要起到连接高压空气管道的作用。喷嘴3具有喇叭口的形状用于连接进气口与高压空气管道，而一般情况下，高压空气管道为圆形，也可以为其它形状，而进气口4的形状为狭缝，因此，喇叭口的形状只要将高压空气管道过渡至进气口4的形状，以及喇叭口的射流面与进气口4的射流面的方向一致。
57.根据本发明的另一目的，本发明还提供了畸变发生器组件，包括高低压流体发生器以及上述的畸变发生器，沿着流体流动方向，畸变发生器设在高低压流体发生器之后，畸变发生器与高低压流体发生器之间的间距为流道直径的0.5～1.5倍；控制器与高低压流体发生器通信连接，控制器用于调节流道中稳动态畸变指数。上述高低压流体发生器可以为单插板、双插板畸变模拟器，插板的类型未弦月型或板条状结构，可以理解的是，本技术的畸变发生器可以调节任何高低压流体的模拟装置的高低压区域分布。
58.举例来说，以插板畸变模拟器为例，本发明实施例的畸变发生器设在插板畸变模拟器之后，二者的轴向距离一般为流道直径的0.5～1.5倍，可选地，二者的轴向距离为流道直径的1倍。控制器还与插板畸变模拟器通信连接，控制器根据插板畸变模拟器的插板高度产生的流场高低压区域的分布，进而控制本发明的畸变发生器的射流位置以及射流速度，从而能够模拟出不同稳动态总压畸变比例的进气畸变条件。
59.根据本发明的另一目的，本发明还提供了一种流场实验装置，包括上述的畸变发生器组件以及风机，风机通过管路与畸变发生器组件的流道连通。风机设置在流道的后方，通过调整变频器的输出功率以改变电机转速，改变风机风扇的转动频率，进而调节试验的来流马赫数工况。
60.上述的流场实验装置，通过数值模拟结果表明，射流的加入对动态总压畸变指数的影响较小，但能显著影响稳态总压畸变，因此，本发明实施例的流场实验装置可以一定程度上实现稳、动态畸变指数比例的调节。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
62.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至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
63.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。