發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統及應用該系統的測試方法
2023-06-17 12:02:21 1
專利名稱：發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統及應用該系統的測試方法
技術領域：
本發明涉及測試方法及設備，具體涉及的是一種發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統及應用該系統的測試方法。
背景技術：
尾焰是飛行器發動機噴射的高溫、高速氣流，研究飛行器尾焰的紅外輻射特性有著重要的意義，可為紅外尋的及紅外防護提供可靠數據。而研究尾焰的紅外輻射強度必須要獲知尾焰的溫度場、壓力場及尾焰成分等。研究尾焰的溫度、壓力、成分等對於更好的進行尾焰的紅外隱身技術具有重要的意義。為了快速簡單的測出實驗室渦噴發動機模擬燃燒裝置噴出尾焰的溫度分布場，從而進行了本發明的設計。本發明設備針對利用一種發動機模擬燃燒裝置對所噴射尾焰形成的溫度場分布進行測量，所涉及到對此發動機模擬裝置在一定的工作狀態下噴射出的尾焰所形成的溫度場分布的測試系統。通過該方法還可以了解燃料的燃燒性能。現有技術中沒有針對飛機發動機工作時噴出尾焰在噴口後方空間形成的氣體溫度場分布的測試系統。發動機火焰溫度是燃燒過程的重要熱力參數之一。目前有資料顯示對飛彈火焰溫度測試技術有一定研究；而且對於各種戰術、戰略武器系統的設計來說，發動機燃氣流的火焰溫度將直接影響著設計的指標和達到設計指標的途徑；發動機噴口的溫度，對喉襯材料的選取、增加比衝具有重要的意義。對飛彈尾焰的溫度測試一般是使用熱電偶的方法，該方法結構簡單、測量可靠國內外不少學者利用計算機圖像處理技術進行火焰溫度場的非接觸式測量，取得了一定的進展。但是這些研究多是基於對鍋爐爐膛火焰進行燃燒診斷和測試。 還沒有針對飛機發動機工作時噴出尾焰溫度場的測量。
發明內容
為了克服現有技術沒有專門針對飛機發動機噴射尾焰的溫度場測試系統及測試方法的不足，本發明的目的在於提供一種發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統及測試方法。為了達到本發明的目的，本發明解決其技術問題所採用的一個技術方案如下一種發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統，它包括燃燒裝置數據採集系統、燃耗裝置控制系統和數據處理系統，所述燃燒裝置數據採集系統與數據處理系統連接，燃耗裝置控制系統與數據處理系統連接，燃耗裝置控制系統與發動機模擬燃燒裝置連接。所述的連接時通過電信號，或數據信號，或電信號和數據信號結合的方式實現的。所述的電信號和數據信號的傳輸是通過電纜或數據線或弱電電纜完成的。所述燃燒裝置數據採集系統包括熱電偶組，熱電偶固定支架，溫度變送器，信號轉換模塊，燃燒裝置數據採集卡。熱電偶組架設在熱電偶固定支架上，並通過電信號和數據信號與溫度變送器連接，溫度變送器通過電信號和數據信號與信號轉換模塊連接，信號轉換模塊通過電信號和數據信號與燃燒裝置數據採集卡連接。所述熱電偶組包括2個以上熱電偶探頭，優選3個。還可以包括軌道和移動控制系統，所述移動控制系統包括移動控制模塊和移動控制器，所述移動控制器設置在軌道上，與移動控制模塊通過電信號連接，熱電偶固定支架固定在移動控制器上，移動控制模塊位於數據處理系統內，在測量過程中，可以通過移動控制模塊發出電信號，控制移動控制器移動，移動控制器帶動熱電偶固定支架移動，從而可以靈活準確的移動熱電偶探頭，獲取不同區域不同位置的數據。所述燃耗裝置控制系統為單片機或計算機。所述數據處理系統為單片機或計算機。本發明所採用的另一個技術方案如下一種應用如上系統的測試方法，該方法包括如下步驟1.選定測試狀態和測試範圍；2.進行平面網格劃分，安裝測試設備；3.通過計算機控制燃燒裝置控制系統啟動模擬燃燒裝置噴射尾焰進行數據獲取；4.獲取的數據通過溫度變送器傳輸給信號轉換模塊，信號轉換模塊將轉換的數據傳輸給燃燒裝置數據採集卡；5.燃燒裝置數據採集卡將數據傳輸給計算機，通過計算機進行數據的整理和測
笪弁。所述步驟2)進行平面網格劃分為如下操作以測量平面為研究對象，橫向以2 8cm為初始步長，以1.05 1.25為等比；縱向以1 6cm為步長，以1 1.09為等比，布置一些列測量點。安裝測試設備；測量後對數據進行統計，對測量平面上進行360度旋轉， 得到整個測量空間的溫度分布。與現有技術相比，本發明的有益效果是所述的發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統設有熱電偶組包括2個以上熱電偶探頭，剔除明顯誤差後，對其進行平均，得到此格點在此穩定工作狀態的溫度， 所得到的數據更準確。通過軌道和移動控制系統可以靈活準確的移動熱電偶探頭，可以獲取不同區域不同位置的數據，並且，本發明的設備通過靈活的控制和合理的結構，可以連續地，靈活、準確地進行測量。通過對發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試，可以了解飛機發動機在工作狀況下的情況和各種數據，可以通過這種模擬方法和設備完成飛機噴射尾焰的溫度場的測試，對設備和油料進行調整，以便使飛機取得更好的性能。本發明結構簡單，設計科學合理，彌補了現有技術沒有對飛機或飛機發動機模擬燃燒裝置進行檢測的設備的缺陷，適宜推廣應用。
圖1是實施例1的結構框架圖；圖2是實施例2的熱電偶組分布示意圖3是實施例2的移動控制系統的結構示意圖；圖4是實施例1的溫度測量點布置圖半圖；圖5是圖4旋轉後的溫度測量點布置圖；圖6是實施例1的成分計算網格圖；圖7是根據圖6得出的溫度分布圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，但不作為對本發明的限定。請參閱圖1-7所示的本發明發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統的實施例。實施例1一種發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統，它包括燃燒裝置數據採集系統1、燃耗裝置控制系統2和數據處理系統3，所述燃燒裝置數據採集系統1通過電信號或數據信號與數據處理系統3連接，燃耗裝置控制系統2通過電信號或數據信號與數據處理系統3連接，燃耗裝置控制系統2通過電信號或數據信號與發動機模擬燃燒裝置4連接。所述燃燒裝置數據採集系統1包括熱電偶組5，熱電偶固定支架6，溫度變送器 7，信號轉換模塊8，燃燒裝置數據採集卡9 ；熱電偶組5架設在熱電偶固定支架6上，並通過電信號和數據信號與溫度變送器7連接，溫度變送器7通過電信號和數據信號與信號轉換模塊8連接，信號轉換模塊8通過電信號和數據信號與燃燒裝置數據採集卡9連接。所述的電信號和數據信號的傳輸是通過弱電電纜完成的。所述燃耗裝置控制系統 2和數據處理系統為計算機。圖4通過如下方式做出來的水平上，以5cm為初始步長，以1. 1為等比，進行做出的。縱向上，是以5cm為步長，以1為等比，做出的。此為測試平面的半截面，另外一個界面是與之堆成的，從而得到一個縱向30cm，橫向203cm的一系列點。發動機在一定功率下工作，測量此各點在aiiins內的約360個數據，進行平均後得到此點的溫度。圖5為圖4溫度測量點布置圖進過對稱得到的測量截面圖，對上圖進行360度旋轉，得到測試空間的溫度點分布。圖6成分計算網格圖，該圖是根據Gamit和Fluent軟體按照上述布點原則劃分出來的，通過對上述的各個溫度點的測量，可以對此圖進行校正，從而得出尾焰的溫度場的空間分布圖7溫度分布圖根據圖6所畫網格使用FLUENT軟體計算得出，該圖按照布點原則所畫出的網格各點成分分布圖。其中左側不同顏色代表不同濃度。e的意思是說10的幾次方的意思，2. 27e+03代表2. 27乘以10的3次方。左處柱圖代表，不同的顏色代表不同的溫度，通過對圖5中的各點進行放大，可以直觀的看出個點的顏色，從而得出直觀的溫度範圍，當然，對此點右鍵，可以得出此點的準確數據。實施例2包括軌道11和移動控制系統，所述移動控制系統包括移動控制模塊和移動控制器12，所述移動控制器12設置在軌道11上，與移動控制模塊通過電信號連接，熱電偶固定
5支架固定在移動控制器上，在測量過程中，可以通過移動控制模塊發出電信號，控制移動控制器移動，移動控制器帶動熱電偶固定支架移動，從而可以靈活準確的移動熱電偶探頭，獲取不同區域不同位置的數據。所述熱電偶組包括3個熱電偶探頭。其餘同實施例1。實施例3選定測試狀態和測試範圍；對於一模擬噴火裝置，選定一種工作狀態作為一種穩定工作狀態，如選定燃油種類為RP-3號噴氣燃料，燃燒供油燃油流量為6. Og/s,空氣供應流量為0. 60kg/s,噴口平均溫度780K的情況下。在此工作狀態下，使用一種方法，對噴火裝置的噴出方向空間內，以此噴口中心線為對稱軸，以30cm為半徑，旋轉而形成的立體空間裡的溫度分布進行測量和描述。在試驗中，此軸線的長度為180cm。在試驗過程中，取此軸線長為180cm，取以30cm為半徑經繞此軸線旋轉而形成的圓柱體空間內的溫度為研究對象。由於科技人員的常識可以知道，此軸對稱噴管在一定穩定工作狀態下形成的火焰的溫度場變化也是軸對稱的，所以，所研究的圓柱體空間的一個通過軸線的截面的一半平面為研究對象，進行溫度的測量。進行平面網格劃分，安裝測試設備；由流場常識可知，在靠近軸線及噴口中心的方向上，溫度較高且變化較快，所以對此研究平面的網格劃分，按照fluent軟體程序設定劃分比例，在軸線上採用1. 1的比例進行劃分，分為M個格，在半徑方向上，按照均比比例進行劃分，劃分為20個格點。通過計算機控制燃燒裝置控制系統啟動模擬燃燒裝置噴射尾焰進行數據獲取；然後，對此燃燒裝置，在上述的一定的工作狀態下，如燃油種類為RP-3號噴氣燃料，燃燒供油燃油流量為6. Og/s，空氣供應流量為0. 60kg/s，噴口平均溫度780K的情況下，進行穩定燃燒工作5mins。然後，使用某一規格的熱點偶3個為一組，進行測量!Mins，同時，使用連續記錄裝置進行記錄，記錄裝置的記錄速度為2次/秒。然後，在燃燒狀態不變的情況下，移動熱點偶組的位置，進行所劃分格點的溫度記錄。獲取的數據通過溫度變送器傳輸給信號轉換模塊，信號轉換模塊將轉換的數據傳輸給燃燒裝置數據採集卡；燃燒裝置數據採集卡將數據傳輸給計算機，通過計算機進行數據的整理和測算。 將所得各格點的溫度進行分析。對各格點的3分鐘約360個數據進行分析，剔除明顯誤差後，對其進行平均，得到此格點在此穩定工作狀態的溫度。以各格點的溫度為ζ值，以各格點在軸線上的數值為χ值，以各格點在半徑方向上的數值為y值，進行描點，得到此平面上的溫度分布。對此平面上的溫度分布圖以軸線為軸進行旋轉，得到上述空間上的溫度分布圖。以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式
的一種，本領域的技術人員在本發明技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統，其特徵在於，它包括燃燒裝置數據採集系統、燃燒裝置控制系統和數據處理系統，所述燃燒裝置數據採集系統與數據處理系統連接，燃燒裝置控制系統與數據處理系統連接，燃燒裝置控制系統與發動機模擬燃燒裝置連接。
2.根據權利要求1所述的發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統，其特徵在於所述燃燒裝置數據採集系統包括k型熱電偶組，熱電偶固定支架，溫度變送器，信號轉換模塊，燃燒裝置數據採集卡；熱電偶組架設在熱電偶固定支架上，並通過電信號和數據信號與溫度變送器連接，溫度變送器通過電信號和數據信號與信號轉換模塊連接，信號轉換模塊通過電信號和數據信號與燃燒裝置數據採集卡連接。
3.根據權利要求2所述的發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統，其特徵在於所述熱電偶組包括2個以上熱電偶探頭。
4.根據權利要求3所述的發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統，其特徵在於所述熱電偶組包括3個熱電偶探頭。
5.根據權利要求1-4任一所述的發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統，其特徵在於還可以包括軌道和移動控制系統，所述移動控制系統包括移動控制模塊和移動控制器，所述移動控制器設置在軌道上，與移動控制模塊通過電信號連接，熱電偶固定支架固定在移動控制器上，移動控制模塊位於數據處理系統內。
6.根據權利要求5所述的發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統，其特徵在於所述燃燒裝置控制系統為單片機或計算機。
7.一種應用如權利要求1所述系統的測試方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟1)選定測試狀態和測試範圍；2)進行平面網格劃分；3)通過計算機控制燃燒裝置控制系統啟動模擬燃燒裝置噴射尾焰進行數據獲取；4)獲取的數據通過溫度變送器傳輸給信號轉換模塊，信號轉換模塊將轉換的數據傳輸給燃燒裝置數據採集卡；5)燃燒裝置數據採集卡將數據傳輸給計算機，通過計算機進行數據的整理和測算。
8.如權利要求7所述的測試方法，其特徵在於，所述步驟2)進行平面網格劃分為如下操作以測量平面為研究對象，橫向以2 8cm為初始步長，以1. 05 1. 25為等比；縱向以1 6cm為步長，以1 1. 09為等比，布置一些列測量點，安裝測試設備；測量後對數據進行統計，對測量平面上進行360度旋轉，得到整個測量空間的溫度分布。
全文摘要
一種發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測試系統及應用該系統的測試方法，屬於測試設備及方法領域，它包括燃燒裝置數據採集系統、燃耗裝置控制系統和數據處理系統，選定測試狀態和測試範圍後，進行平面網格劃分，安裝測試設備；通過計算機控制燃燒裝置控制系統啟動模擬燃燒裝置噴射尾焰進行數據獲取；並通過計算機進行數據的整理和測算。本發明方法簡便，結構簡單，設計科學合理，彌補了現有技術沒有對飛機或飛機發動機模擬燃燒裝置進行檢測的設備的缺陷，通過對發動機模擬燃燒裝置噴射尾焰的溫度場測，可以了解飛機發動機在工作狀況下的情況和各種數據。
文檔編號G01M15/00GK102200479SQ201010610539
公開日2011年9月28日 申請日期2010年12月29日 優先權日2010年12月29日
發明者劉建華, 劉鵬瑞, 安軍偉, 張冬梅, 朱春婷, 趙升紅, 黃毅 申請人:中國人民解放軍空軍油料研究所