專利名稱：高空低氣壓內(nèi)燃機壓氣機特性模擬試驗臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種內(nèi)燃機壓氣機的高空性能試驗臺，特別涉及一種內(nèi)燃機壓氣機特性模擬 試驗臺，屬于人工環(huán)境下的模擬試驗設備。
背景技術：
渦輪增壓內(nèi)燃機是高空低速長航時無人機的首選動力?，F(xiàn)有的渦輪增壓系統(tǒng)在高空環(huán)境 下，海拔高度的變化對渦輪增壓系統(tǒng)的性能有明顯的影響。例如在30000米高度，大氣壓力 僅為地面的1/85，壓氣機的進氣狀況發(fā)生很大的改變，導致壓氣機的效率、壓比和穩(wěn)定流量 范圍等性能的衰退，從而影響渦輪增壓內(nèi)燃機的輸出功率、比油耗等性能。為了探索研究壓 氣機在高空不同海拔高度之間各種性能的差異及原因，設計增壓系統(tǒng)的控制策略，需要大量 的數(shù)據(jù)分析研究。顯然現(xiàn)場試驗難以建立起符合試驗要求的物理參數(shù)及試驗條件，且周期長、 代價大。相比之下，在實驗室內(nèi)進行模擬試驗，則比較容易克服上述困難。
在實驗室內(nèi)進行模擬試驗，所用的試驗臺一般有兩種實現(xiàn)方式 一種是將整個渦輪增壓 系統(tǒng)甚至整個發(fā)動機置于一個封閉試驗艙，并對該封閉試驗艙內(nèi)環(huán)境的壓力和溫度進行控制 和調(diào)節(jié)，使整個封閉試驗艙內(nèi)環(huán)境的壓力和溫度達到所模擬的高度對應的環(huán)境壓力和溫度， 從而使整個渦輪增壓系統(tǒng)或者整個發(fā)動機在模擬的環(huán)境壓力和溫度下進行性能試驗。這種豐莫 擬試驗臺由于需要控制大容積范圍內(nèi)的溫度和壓力，導致成本極其高，且建設周期長。
另一種實現(xiàn)方式是只模擬壓氣機進氣和排氣的溫度和壓力環(huán)境，也就是通過模擬試驗臺 使壓氣機的進氣壓力和溫度以及壓氣機的排氣壓力和溫度達到所模擬的高度對應的環(huán)境壓力 和溫度。這種模擬試驗臺的成本較低，因此是目前廣泛使用的方案。在這種方案中，由于在 溫度的控制比較復雜，帶來成本極大增加，另一方面，考慮到高度變化導致環(huán)境壓力的變化 是壓氣機性能變化的主導因素，因此，此類高空模擬試驗臺常常只模擬高空的環(huán)境壓力，而 沒有模擬高空的環(huán)境溫度。
但是，目前這種高空模擬試驗臺尚無法模擬10000米高度以上的大氣環(huán)境，這是由其設 計結構和密封性能所限制的。目前此類高空模擬試驗臺的設計方案一般為開式的方案，即壓 氣機的進氣從大氣環(huán)境中抽取，然后通過壓氣機排氣再返回大氣環(huán)境，因此，在這種方案中 需要使用大抽氣量的真空泵或者引射器，在相同的壓氣機質(zhì)量流量下，隨著模擬高度的增加， 空氣密度下降，空氣的體積逐漸增大，對應地真空泵或者引射器的抽氣能力需要增大，因此 抽氣機或引射器的工作能力直接限制了高空模擬試驗臺所能模擬的高度；此外，這種開式方 案的試驗臺的密封效果較差也限制了其所能模擬的最大高度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種在實驗室內(nèi)模擬0 30000米高空大氣壓力環(huán)境，并能進行渦輪增壓內(nèi)燃機中壓氣機的特性試驗的高空低壓環(huán)境模擬試驗
臺o
本發(fā)明的技術方案如下
一種高空低氣壓內(nèi)燃機壓氣機特性模擬試驗臺，該試驗臺包括空氣系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)，所
述的空氣循環(huán)系統(tǒng)包括真空泵1、穩(wěn)壓箱3，與穩(wěn)壓箱出口依次相連的空氣過濾器4、流量測 試段5、進氣參數(shù)測試段6、穩(wěn)流段7和壓氣機8，以及與壓氣機出口依次相連的排氣參數(shù)測 試段10、背壓調(diào)節(jié)閥11、退喘閥12以及排氣中冷器13，所述的退喘閥與背壓調(diào)節(jié)閥并聯(lián)； 所述的潤滑系統(tǒng)包括油箱15、供油系統(tǒng)16和潤滑油中冷器17，其特征在于所述的排氣中 冷器13的出口與穩(wěn)壓箱3相連接，使所述的穩(wěn)壓箱3、空氣過濾器4、流量測試段5、進氣 參數(shù)測試段6、穩(wěn)流段7、壓氣機8、排氣參數(shù)測試段IO、背壓調(diào)節(jié)閥ll、退喘閥12以及排 氣中冷器13形成封閉的空氣循環(huán)系統(tǒng)；所述的油箱15設置在穩(wěn)壓箱3內(nèi)部。
上述技術方案中，在所述的穩(wěn)壓箱3上安裝有絕壓傳感器2;在所述的流量測試段5上 安裝有渦街流量計；在所述的進氣參數(shù)測試段6上安裝有總壓傳感器、靜壓傳感器、總溫傳 感器和靜溫傳感器；在所述的排氣參數(shù)測試段10上安裝有總壓傳感器、靜壓傳感器、總溫傳 感器和靜溫傳感器；在所述的排氣中冷器13上安裝有中冷調(diào)節(jié)閥14。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果①試驗臺設計為一個封閉空氣循環(huán) 管路系統(tǒng)，在試驗中與外界大氣的空氣交換量僅為該封閉系統(tǒng)的漏氣量，因此不需要工作能 力很大的真空泵或者引射器，就可以模擬較大高度的大氣環(huán)境壓力，該模擬試驗臺可模擬o 30000米高度環(huán)境壓力，遠遠高于目前同類的模擬試驗臺；②該模擬試驗臺將潤滑油箱置于 穩(wěn)壓箱內(nèi)，使得壓氣機背盤處的密封性能大大增加，相對于目前同類的模擬試驗臺，其密封 性能更好。


圖l為本發(fā)明的結構示意圖。
圖中l(wèi)-真空泵；2-絕壓傳感器；3-穩(wěn)壓箱；4-空氣過濾器；5-流量測試段；6-進氣參 數(shù)測試段；7-穩(wěn)定段；8-壓氣機；9-渦輪；10-排氣參數(shù)測試段；ll-背壓調(diào)節(jié)閥；12-退喘閥； 13-排氣中冷器；14-中冷調(diào)節(jié)閥；15-油箱；16-供油系統(tǒng)；17-潤滑油中冷器。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的原理、結構和工作過程作進一步的說明。
圖1為本發(fā)明提供的高空低氣壓內(nèi)燃機壓氣機特性模擬試驗臺的結構示意圖。
該試驗臺包括空氣系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)，空氣循環(huán)系統(tǒng)包括真空泵l、穩(wěn)壓箱3，與穩(wěn)壓箱3 出口依次相連的空氣過濾器4、流量測試段5、進氣參數(shù)測試段6、穩(wěn)流段7和壓氣機8，以 及與壓氣機8出口依次相連的排氣參數(shù)測試段10、背壓調(diào)節(jié)閥11、退喘閥12以及排氣中冷 器13，其中所述的背壓調(diào)節(jié)閥11與退喘閥12并聯(lián)；潤滑系統(tǒng)包括油箱15、與油箱15依次
4相連的供油系統(tǒng)16和潤滑油中冷器17。
試驗臺中排氣中冷器13的出口與穩(wěn)壓箱3相連接，使穩(wěn)壓箱3、空氣過濾器4、流量測 試段5、進氣參數(shù)測試段6、穩(wěn)流段7、壓氣機8、排氣參數(shù)測試段IO、背壓調(diào)節(jié)閥ll、退喘 閥12以及排氣中冷器13形成封閉的空氣循環(huán)系統(tǒng)。
在穩(wěn)壓箱3上安裝有絕壓傳感器2;在流量測試段5上安裝有渦街流量計；在所述的進氣 參數(shù)測試段6上分別安裝有總壓傳感器、靜壓傳感器、總溫傳感器和靜溫傳感器；在所述的 排氣參數(shù)測試段10上安裝有總壓傳感器、靜壓傳感器、總溫傳感器和靜溫傳感器；在所述的 排氣中冷器13上安裝有中冷調(diào)節(jié)閥14。
在試驗前使用真空泵1將該封閉的空氣循環(huán)系統(tǒng)抽成對應高度的低氣壓，并使用絕壓傳 感器2來監(jiān)測穩(wěn)壓箱3內(nèi)的氣壓。當壓力達到預定的低壓閥值時，真空泵l停止工作。通過 改變預定的低壓閥值，可以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓箱3內(nèi)的空氣壓力，以模擬壓氣機在不同高度的進氣低 壓。穩(wěn)壓箱3容積需大于2m3,以減小壓氣機排氣氣流波動對壓氣機進氣的影響。同時為了 保證測量數(shù)據(jù)的精確度，整個空氣循環(huán)系統(tǒng)必須嚴格密封。
試驗時，空氣從穩(wěn)壓箱3的出氣口流出，經(jīng)過空氣過濾器4進行過濾，再經(jīng)過流量測試 段5，由安裝在流量測試段上的渦街流量計測量進氣流量，再經(jīng)過進氣參數(shù)測試段6，由安裝 在進氣參數(shù)測試段上的總壓傳感器、總溫傳感器、靜壓傳感器和靜溫傳感器分別測取進氣的 總壓、總溫、靜壓和靜溫，再經(jīng)過穩(wěn)流段7進行穩(wěn)流，進入壓氣機8;壓氣機8由渦輪9驅 動，空氣在壓氣機8內(nèi)增壓后進入排氣參數(shù)測試段10，由安裝在排氣參數(shù)測試段上的總壓傳 感器、總溫傳感器、靜壓傳感器和靜溫傳感器分別測取排氣總壓、總溫、靜壓和靜溫，再經(jīng) 過背壓調(diào)節(jié)閥11進入排氣中冷器13，最后從排氣中冷器13出口重新返回穩(wěn)壓箱3內(nèi)，實現(xiàn) 空氣在整個模擬試驗臺架內(nèi)的循環(huán)。其中，調(diào)節(jié)背壓調(diào)節(jié)閥li可以控制空氣流量，與背壓調(diào) 節(jié)閥11并聯(lián)連接的退喘閥12在壓氣機8發(fā)生喘振時開啟，以恢復其穩(wěn)定工作流量；排氣中 冷閥13上安裝有中冷調(diào)節(jié)閥14，可以控制經(jīng)過排氣中冷器后排氣的溫度，以保證穩(wěn)壓箱3 內(nèi)空氣的平均溫度不變。
在試驗中，當穩(wěn)壓箱3內(nèi)的絕壓傳感器2檢測到空氣壓力高于預定閥值時，真空泵1啟 動，維持穩(wěn)壓箱3內(nèi)的空氣壓力在試驗要求的范圍內(nèi)。由于試驗中真空泵1抽走的空氣量只 是外界向試驗臺架的漏氣量，這部分空氣量很小，因此對真空泵的抽氣能力要求不高。
本發(fā)明將油箱15置于穩(wěn)壓箱3內(nèi)，使?jié)櫥团c壓氣機8內(nèi)空氣的壓差減小，從而消除壓 氣機背盤處潤滑油和空氣向壓氣機內(nèi)部的泄漏。使得壓氣機背盤處的密封性能大大增加，從 而使試驗臺的密封性能足夠滿足模擬30000米高度大氣低壓的要求。
在試驗中，潤滑系統(tǒng)的工作過程為供油系統(tǒng)16將潤滑油從油箱15內(nèi)抽出，以一定的 壓力供給壓氣機8的軸承潤滑，之后經(jīng)過潤滑油中冷器17回到油箱15。其中，潤滑油中冷 器17將回油冷卻，以保證穩(wěn)壓 3內(nèi)空氣的平均溫度不變。
權利要求
1.一種高空低氣壓內(nèi)燃機壓氣機特性模擬試驗臺，該試驗臺包括空氣管路系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)，所述的空氣管路系統(tǒng)包括真空泵(1)，穩(wěn)壓箱(3)，與穩(wěn)壓箱出口依次相連的空氣過濾器(4)、流量測試段(5)、進氣參數(shù)測試段(6)、穩(wěn)流段(7)和壓氣機(8)，以及與壓氣機出口依次相連的排氣參數(shù)測試段(10)、背壓調(diào)節(jié)閥(11)、退喘閥(12)以及排氣中冷器(13)，所述的退喘閥與背壓調(diào)節(jié)閥并聯(lián)；所述的潤滑系統(tǒng)包括油箱(15)，供油系統(tǒng)(16)和潤滑油中冷器(17)，其特征在于所述的排氣中冷器(13)的出口與穩(wěn)壓箱(3)相連接，使所述的穩(wěn)壓箱(3)、空氣過濾器(4)、流量測試段(5)、進氣參數(shù)測試段(5)、穩(wěn)流段(7)、壓氣機(8)、排氣參數(shù)測試段(10)、背壓調(diào)節(jié)閥(11)、與背壓調(diào)節(jié)閥(11)、退喘閥(12)以及排氣中冷器(13)形成封閉的空氣循環(huán)系統(tǒng)；所述的油箱(15)設置在穩(wěn)壓箱(3)內(nèi)部。
2.按照權利要求1所述的一種高空低氣壓內(nèi)燃機壓氣機特性模擬試驗臺，其特征在于 在所述的穩(wěn)壓箱(3)上安裝有絕壓傳感器(2);在所述的流量測試段(5)上安裝有渦街流 量計；在所述的進氣參數(shù)測試段(6)上安裝有總壓傳感器、靜壓傳感器、總溫傳感器和靜溫 傳感器；在所述的排氣參數(shù)測試段(10)上安裝有總壓傳感器、靜壓傳感器、總溫傳感器和 靜溫傳感器；在所述的排氣中冷器(13)上安裝有中冷調(diào)節(jié)閥(14)。
全文摘要
高空低氣壓內(nèi)燃機壓氣機特性模擬試驗臺，涉及一種內(nèi)燃機壓氣機特性模擬試驗臺。該試驗臺包括空氣管路系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)，空氣管路系統(tǒng)包括真空泵、穩(wěn)壓箱，與穩(wěn)壓箱出口依次相連的空氣過濾器、流量測試段、進氣參數(shù)測試段、穩(wěn)流段和壓氣機，以及與壓氣機出口依次相連的排氣參數(shù)測試段、背壓調(diào)節(jié)閥、退喘閥以及排氣中冷器；潤滑系統(tǒng)包括油箱、供油系統(tǒng)和潤滑油中冷器；排氣中冷器的出口與穩(wěn)壓箱相連接，使試驗臺的空氣管路形成封閉的空氣循環(huán)系統(tǒng)；油箱設置在穩(wěn)壓箱內(nèi)部，以提高試驗臺的密封性。該試驗臺可模擬0～30000米高度環(huán)境壓力，并進行渦輪增壓內(nèi)燃機中壓氣機的高空模擬特性試驗，其密封性能和模擬高度遠遠高于目前同類的模擬試驗臺。
文檔編號G01M15/02GK101672729SQ20091009361
公開日2010年3月17日 申請日期2009年10月14日 優(yōu)先權日2009年10月14日
發(fā)明者張揚軍, 韻 林, 諸葛偉林, 鄭新前 申請人:清華大學