一种用于喘振实验的“笼屉式”可调容腔装置及使用方法

本发明属于压气机实验，具体涉及一种用于喘振实验的“笼屉式”可调容腔装置及使用方法。

背景技术：

1、发动机喘振是指发动机在工作过程中，其工作参数(如压比、绝热效率等)发生周期性变化的一种现象。喘振会导致发动机推力下降、振动加剧、噪声增加，甚至造成发动机损坏，因此是航空发动机设计和运行中必须重点解决的问题。

2、航空发动机喘振的实验是研究和解决喘振问题的手段。通过实验获得喘振发生时的发动机参数、流场分布等重要数据，为喘振的研究和防喘措施的开发提供参考。

3、航空发动机喘振实验是十分复杂和困难的，需要高度专业化的设备和技术。目前主要航空发动机制造商和研究机构都建立了专门的喘振实验设施，开展大量的实验研究工作，并取得了重大进展，为航空发动机设计和运行的安全性、可靠性做出了重要贡献。例如，在压气机喘振根据大量研究结果在当前对于喘振的研究中，大都采用b值判定的方式进行分析，b值的判定方法如(1)式。

4、

5、式中，ac、lc分别是压气机的管道长度和截面面积。vp是排气系统容积，u为压气机叶栅平均半径处的圆周速度，a为声速。

6、由式(1)得，分子与流过压气机的压差成正比，代表了压气机管道内加速流体的驱动力。而分母则是与流体的惯性力的值成正比。因此，b值实际上代表了驱动力与惯性力之比。当转速增大时，驱动力的增加程度大于惯性力，因此压缩系统的工作状态就趋向于喘振。

7、式(1)中的vp是排气系统容积，在进行实验时，需要通过调整实验排气系统容积来判断不同工况下压气机的喘振特性。但目前喘振实验的试验台存在体积庞大、重量过重、不易移动和不易加装部件等问题，限制了喘振实验中容积的灵活更换，因此不利于不同工况下压气机的喘振实验。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种用于喘振实验的“笼屉式”可调容腔装置及使用方法，该装置采用模块化设计实现了通用性，通过调整容腔单元的叠放层数对喘振实验的容积进行调整，能够对压气机的不同工况所产生喘振进行测试，并给出准确的测试结果；同时本发明在支撑组件的控制下，能够将容腔与压气机喘振实验的试验台、尾椎等快速对接，提高了安装精度和安装效率。本发明解决了喘振实验中容积不可控，实验准备阶段效率低、成本高等问题。

3、本发明的技术方案是：一种用于喘振实验的“笼屉式”可调容腔装置，包括主容腔及位于其下方的支撑组件；所述支撑组件能够带动主容腔进行位置移动，并在移动到位后进行安装位置精调；

4、所述主容腔分别与压气机喘振试验台、排气系统/尾椎连接，其非实验安装端设置有开口结构，沿开口向外的延伸方向设置容腔单元，通过增减容腔单元的叠放数量完成对主容腔的容积调控；所述容腔单元为两端开口的空腔，位于末端的容腔单元通过盖板封装。

5、本发明的进一步技术方案是：所述容腔单元为安装口径一致、容积不同的系列产品，根据所需扩充容积安装对应容积或数量的容腔单元。

6、本发明的进一步技术方案是：所述主容腔为顶端开口的密封腔体，开口端封装容腔单元；其侧壁设有实验安装端，所述实验安装端包括试验台连接段、尾椎连接段和静压测量孔，分别用于密封连接试验台、排气系统/尾椎、待测实验数据的测量设备；各部件的安装端均设为法兰结构，通过法兰结构实现部件之间的密封连接。

7、本发明的进一步技术方案是：所述容腔单元为“笼屉式”容腔结构，中空且两端开口，两侧开口端的外缘均设有法兰结构的安装边；容腔单元径向截面的面积、形状均与主容腔径向截面一致，安装边尺寸/结构均与主容腔开口端的法兰结构一致，通过紧固件或焊接方式密封连接。

8、本发明的进一步技术方案是：所述实验安装端包括开于主容腔侧壁的两个安装孔，其中一个安装孔同轴密封安装试验台连接段，另一个安装孔同轴密封安装尾椎连接段，分别用于试验台、排气系统/尾椎与主容腔的连通；所述试验台连接段包括试验台-容腔过渡管道及其末端外缘处的试验台-容腔安装法兰，通过试验台-容腔安装法兰与试验台连接；所述尾椎连接段包括容腔-尾椎过渡管道及其末端外缘处的容腔-尾椎安装法兰，通过容腔-尾椎安装法兰与排气系统/尾椎连接。

9、本发明的进一步技术方案是：所述支撑组件包括承力车，承力车底部安装有万向轮和地脚螺栓，通过万向轮实现承力车的位置移动，通过地脚螺栓实现承力车移动到位后的定位支撑及z轴方向的高度精调；承力车上安装有主容腔支撑架和位置调整组件；主容腔放置于支撑架上，并通过位置调整组件对其在水平面内的xy轴方向的位置精调。

10、本发明的进一步技术方案是：所述位置调整组件包括移动角钢和承力板，所述移动角钢的截面为l形，其两侧壁面上分别开有横向条孔和轴向条孔，且横向条孔和轴向条孔的中心轴在空间上相互垂直；

11、将所述移动角钢一侧壁面通过螺栓穿过其上的轴向条孔安装于承力车的主框架上，另一侧壁面通过螺栓穿过其上的横向条孔与承力板固定连接；安装后的轴向条孔的长度方向平行于试验台连接段的轴向，即定义为x轴，横向条孔的长度方向垂直于试验台连接段的轴向，即定义为y轴；

12、所述承力板的底端通过螺栓与移动角钢连接，顶端通过螺栓与容腔-尾椎安装法兰连接；通过驱动部件驱动移动角钢沿x轴方向移动，进而由承力板带动主容腔沿x轴移动；通过驱动部件驱动承力板移动，改变相对移动角钢的安装位置，即驱动承力板沿y轴方向移动，进而带动主容腔沿y轴移动，完成对主容腔xy方向的位置精调。

13、本发明的进一步技术方案是：所述支撑组件包括承力车，所述主容腔通过三维调整架安装于承力车上，通过三维调整架调整主容腔的xyz轴向位移，以完成对主容腔移动到位后的位置精调。

14、一种用于喘振实验的“笼屉式”可调容腔装置及使用方法，具体步骤如下：

15、将所述用于喘振实验的“笼屉式”可调容腔装置移动至试验台改装位置，并将主容腔的试验台连接段与压气机喘振试验台对接；

16、对所述主容腔的位置进行精调；

17、完成调平和对准后，将主容腔的尾椎连接段与排气系统/尾椎密封连接；

18、连接位置进行气密性处理，使得气流不发生泄漏，以保证实验的准确度；

19、根据实验设定容积计算出所需容腔单元的数量，并将选取的容腔单元通过紧固件封装于主容腔的开口端；

20、将位于末端的容腔单元通过盖板封装；

21、再次对容腔单元的连接位置进行气密性处理，使得气流不发生泄漏，以保证实验的准确度；

22、在主腔体的静压测量孔布置实验所需传感器；

23、启动压气机，即可获取压气机不同工况下的喘振实验数据；

24、通过增减容腔单元数量，以改变设定容积，从而获得压气机不同工况下，不同容积下的喘振实验数据。

25、本发明的进一步技术方案是：所述主容腔的位置精调方法为，

26、通过螺栓将移动角钢定位于承力车上，同时将承力板通过螺栓安装于移动角钢与主容腔法兰之间，用于支撑主容腔及传递位移驱动力；

27、根据地形调整地脚螺栓的高度，以调平主容腔；

28、驱动移动角钢相对承力车沿x轴方向位移，通过承力板带动主容腔完成x轴方向的位置精调；驱动承力板相对移动角钢沿y轴方向位移，带动主容腔完成y轴方向的位置精调。

29、有益效果

30、本发明的有益效果在于：

31、本发明提出了一种用于喘振实验的“笼屉式”可调容腔装置及使用方法，该方案在低成本条件下可以实现容积的调节；

32、本发明采用地脚和万向轮两套支撑方案，可以在装置工作状态时采用地脚进行支撑，在需要移动装置时采用万向轮进行支撑与移动；

33、本发明自动调节x、y、z三个方向调节措施，便于在加工精度不高、实验地面条件恶劣等不良条件下实现容腔调节部件的安装与对心，具有简单的调节流程。

34、本发明的设计所需材料大部分使用钢板、角钢、槽钢等基础加工件，便于低成本加工所需实验装置。

35、本发明不同容腔之间连接，支撑板与承力车连接，承力车支撑结构等均采用螺栓结构进行连接，采用此方式可以极大的减少装置对材料强度与刚度的要求。实现腔体与支撑车之间的固定与定位。