一种双涵喷管推力特性精确测量装置的制作方法

本发明涉及一种双涵喷管推力特性精确测量装置，属于航空发动机尾喷管冷喷流试验领域。

背景技术：

1、选择不同类型的喷管，例如收敛、收敛扩张、塞式、组合等喷管可以使发动机总重量改变25%左右，使超音速推力改变20%，也可使亚音速巡航动力装置的耗油率sfc改变10%，但由于喷管压强比和出口面积的变化范围很大，例如某些高超飞行器尾喷管的落压比达到数百甚至上千，膨胀比达到几十，对于特种飞机来说，尾喷管作为发动机的重要部件，其选择和设计存在一定的复杂性，是发动机研究的重要领域之一。该领域中现有的发明仅可实现单喷管推力的精确测量，例如公开号为cn102539053a的一种环式天平与波纹管系统和公开号为cn106644365a的一种低速风洞推力矢量天平校准装置，均未体现双涵喷管推力精确测量。

2、因此，亟需提出一种新型的双涵喷管推力特性精确测量装置，采用合理系统实现双涵道喷管推力的高精度测量，对航空发动机尾喷管研制具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明研发目的是为了解决针对缩比尺寸的双涵道发动机尾喷管，提供一种双涵喷管推力特性精确测量装置，既能够满足双涵道喷管试验中供气需求，也能满足双涵道喷管推力的精确测量的问题，在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。

2、本发明的技术方案：

3、一种双涵喷管推力特性精确测量装置，包括试验台架、连接锥套、杆式多分量天平、测量端锥套、第一密封通道结构、第二密封通道结构，试验台架上安装有连接锥套，杆式多分量天平的固定端置于连接锥套内部，杆式多分量天平的测量端置于测量端锥套内部，第一密封通道结构和第二密封通道结构一端通过连接件与连接锥套外侧连接，第一密封通道结构和第二密封通道结构另一端与测量端锥套外侧固定连接，所述第一密封通道结构和第二密封通道结构为相同的镜像结构，第一密封通道结构和第二密封通道结构以杆式多分量天平的中心轴线为基准镜像对称布置。

4、优选的：所述第一密封通道结构包括通气外管、低压内套筒、低压外套筒、通道主管路、第一波纹管、第二波纹管和整流锥外罩，通气外管通过连接件与连接锥套外侧连接，低压内套筒、低压外套筒、第一波纹管、第二波纹管和整流锥外罩均置于通道主管路内部，且通道主管路一侧设有敞口，通气外管右侧端部安装有低压内套筒，低压内套筒一侧外侧套装有第一波纹管，第一波纹管外侧套装有低压外套筒，低压外套筒外侧固定套装有通道主管路，第一波纹管一端与低压内套筒固定密封连接，第一波纹管另一端与低压外套筒固定密封连接，低压内套筒另一侧外侧套装有第二波纹管，第二波纹管外侧套装有整流锥外罩，第二波纹管两端分别与低压内套筒端部和整流锥外罩内部固定密封连接，所述低压内套筒与通道主管路连通，低压内套筒上还设置有音速喷嘴。

5、优选的：所述通气外管与低压内套筒之间设置有o型密封圈。

6、优选的：还包括引出线管，引出线管一端与杆式多分量天平的固定端固定密封连接，另一端与试验台架固定密封连接。

7、优选的：还包括退锥螺栓，退锥螺栓包括螺纹段和光轴段，退锥螺栓螺纹段与测量端锥套通过测量端锥套螺纹孔螺接，退锥螺栓的光轴段前端面穿过测量端锥套螺纹孔后与杆式多分量天平测量端外端面贴合。

8、优选的：还包括拉紧螺栓，拉紧螺栓的螺纹段外径小于测量端锥套螺纹孔，拉紧螺栓的螺纹段穿过测量端锥套螺纹孔后与杆式多分量天平的测量端螺接。

9、优选的：所述低压内套筒靠近第二波纹管一端为封闭端，低压内套筒靠近通气外管一端为开口端，第二波纹管内部通过压力平衡管与外界连通。

10、优选的：所述通道主管路的敞口端与试验件转接段固定密封连接。

11、优选的：所述第一波纹管与低压外套筒之间设置间隙，间隙内环向布置有波纹管压力监测点。

12、优选的：所述第一波纹管和第二波纹管均为钛镍合金波纹管。

13、优选的：所述杆式多分量天平为单分量推力天平、三分量多元天平或六分量多元天平。

14、本发明具有以下有益效果：

15、1.本发明可以满足双涵喷管试验中的供气需求并减小高压管路中压力、冲量、位移、温度对天平测量的影响，可以实现双涵喷管气动特性的精确测量；

16、2.本发明采用杆式多分量天平和波纹管中心重合的结构，并采用天平轴线、喷管轴线重合的布局形式，可以极大减少波纹管对天平的刚度影响，有利于减少喷管推力修正量，提高推力的测量精准度；

17、3.本发明设计了压力平衡管，可以连通环境压力和第二波纹管内腔压力，使得该装置适用于高于一个大气压环境或真空环境下喷管推力的测量；

18、4.本发明采用了钛镍合金的金属波纹管，相同尺寸的钛镍合金的金属波纹管承压能力达到普通不锈钢材质的4倍，显著提高了系统的承压能力，一组波纹管刚度/多分量天平的刚度一般介于0.1~0.5%范围内，可减弱波纹管对天平测量的影响；

19、5.本发明即可以满足单独喷管推力的测量，也可以满足双涵道喷管，例如引射喷管、双喷管、组合喷管推力的同时精确测量，实用性更强；

20、6.本发明采用径向对称进气的音速喷嘴，在加工安装对称的前提下可直接消除掉高压管路中流动冲量带来的作用，消除其对天平的影响；

21、7.本发明零部件之间的密封连接，保证喷管推力测量试验前、试验中、试验后均不存在气体泄漏的情况。

技术特征：

1.一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：包括试验台架（1）、连接锥套（2）、杆式多分量天平（3）、测量端锥套（4）、第一密封通道结构（5）和第二密封通道结构（6），试验台架（1）上安装有连接锥套（2），杆式多分量天平（3）的固定端置于连接锥套（2）内部，杆式多分量天平（3）的测量端置于测量端锥套（4）内部，第一密封通道结构（5）和第二密封通道结构（6）的一端通过连接件（7）与连接锥套（2）的外侧连接，第一密封通道结构（5）和第二密封通道结构（6）的另一端与测量端锥套（4）的外侧固定连接，所述第一密封通道结构（5）和第二密封通道结构（6）为相同的镜像结构，第一密封通道结构（5）和第二密封通道结构（6）以杆式多分量天平（3）的中心轴线为基准镜像对称布置。

2.根据权利要求1所述的一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：所述第一密封通道结构（5）包括通气外管（8）、低压内套筒（9）、低压外套筒（10）、通道主管路（11）、第一波纹管（12）、第二波纹管（13）和整流锥外罩（14），通气外管（8）通过连接件（7）与连接锥套（2）外侧连接，低压内套筒（9）、低压外套筒（10）、第一波纹管（12）、第二波纹管（13）和整流锥外罩（14）均置于通道主管路（11）内部，且通道主管路（11）一侧设有敞口，通气外管（8）右侧端部安装有低压内套筒（9），低压内套筒（9）一侧外侧套装有第一波纹管（12），第一波纹管（12）外侧套装有低压外套筒（10），低压外套筒（10）外侧固定套装有通道主管路（11），第一波纹管（12）一端与低压内套筒（9）固定密封连接，第一波纹管（12）另一端与低压外套筒（10）固定密封连接，低压内套筒（9）另一侧外侧套装有第二波纹管（13），第二波纹管（13）外侧套装有整流锥外罩（14），第二波纹管（13）两端分别与低压内套筒（9）端部和整流锥外罩（14）内部固定密封连接，所述低压内套筒（9）与通道主管路（11）连通，低压内套筒（9）上还设置有音速喷嘴（15）。

3.根据权利要求2所述的一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：所述通气外管（8）与低压内套筒（9）之间设置有o型密封圈。

4.根据权利要求3所述的一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：还包括引出线管（16），引出线管（16）一端与杆式多分量天平（3）的固定端固定密封连接，另一端与试验台架（1）固定密封连接。

5.根据权利要求4所述的一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：还包括退锥螺栓（17），退锥螺栓（17）包括光轴段（23）和螺纹段（24），退锥螺栓（17）螺纹段（24）与测量端锥套（4）通过测量端锥套螺纹孔（22）螺接，退锥螺栓（17）的光轴段（23）前端面穿过测量端锥套螺纹孔（22）后与杆式多分量天平测量端外端面贴合。

6.根据权利要求4所述的一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：还包括拉紧螺栓（21），拉紧螺栓（21）的螺纹段外径小于测量端锥套螺纹孔（22），拉紧螺栓（21）的螺纹段穿过测量端锥套螺纹孔（22）后与杆式多分量天平（3）的测量端螺接。

7.根据权利要求4所述的一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：所述低压内套筒（9）靠近第二波纹管（13）一端为封闭端，低压内套筒（9）靠近通气外管（8）一端为开口端，第二波纹管（13）内部通过压力平衡管（18）与外界连通。

8.根据权利要求2所述的一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：所述通道主管路（11）的敞口端与试验件转接段（19）固定密封连接；所述第一波纹管（12）与低压外套筒（10）之间设置间隙，间隙内环向布置有波纹管压力监测点（20）。

9.根据权利要求8所述的一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：所述第一波纹管（12）和第二波纹管（13）均为钛镍合金波纹管。

10.根据权利要求1所述的一种双涵喷管推力特性精确测量装置，其特征在于：所述杆式多分量天平（3）为单分量推力天平、三分量多元天平或六分量多元天平。

技术总结
一种双涵喷管推力特性精确测量装置，属于航空发动机尾喷管冷喷流试验领域。其包括试验台架、连接锥套、杆式多分量天平、测量端锥套、第一密封通道结构、第二密封通道结构，试验台架装有连接锥套，杆式多分量天平两端分别置于连接锥套和测量端锥套内部，第一密封通道结构和第二密封通道结构的两端分别与连接锥套和测量端锥套固连，第一密封通道结构和第二密封通道结构以杆式多分量天平的中心轴线为基准镜像对称布置，目的是为了解决针对缩比尺寸的双涵道发动机尾喷管，提供一种双涵喷管推力特性精确测量装置，既能够满足双涵道喷管试验中供气需求，也能满足双涵道喷管推力的精确测量的问题，可以实现双涵喷管气动特性的精确测量。

技术研发人员：季军,崔青,韩松梅,张厚博,李鹏,郭大鹏,宋孝宇
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司沈阳空气动力研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13