用於飛機渦輪發動機的測試單元的製作方法

2023-12-09 10:40:36

本發明涉及飛機渦輪發動機的測試。更準確地說，本發明涉及一種適於抑制發動機中發生任何火災的測試單元。本發明還提出一種用於熄滅測試單元中的火災的方法。

背景技術：

當設計或維護渦輪發動機(比如渦輪噴氣發動機)時，執行不同的測試以便驗證其正確的功能。這些測試允許在延長的運行階段期間通過保持預定的速度、載荷來檢查耐久性。在這些測試期間，進行一系列測量以便監測關鍵參數。這些測量可以直接在渦輪發動機上或在其環境上進行。

為了進行這種測試，渦輪發動機安裝在特定的測試單元中。後者適於在保持在地面上的同時重新創建飛行條件。這種測試單元具有形成用於容納渦輪發動機的測試室的走廊(corridor)。豎直煙囪限定走廊的端部以形成入口和出口。煙囪接收然後吐出由渦輪發動機推進的空氣流。裝置減少了渦輪發動機的運行所固有的噪聲幹擾，該噪聲由煙囪傳播。

專利文獻us2011/0138772a1公開了一種渦輪噴氣發動機測試單元，其使得可以回收由來自渦輪噴氣發動機的排氣所產生的動能。測試單元具有u形構造，也就是說，顯示入口煙囪和出口煙囪的構造，煙囪通過包含渦輪發動機的水平走廊連接。

在測試期間，油或燃料管可能破裂。然後存在發生發動機火災的風險。這種事件可能損壞測試單元，特別是其傳感器。不可避免地，渦輪發動機也可能遭受嚴重的損壞。這種事故的後果導致嚴重損失，隨後需要修理，進一步延遲重新使用渦輪發動機的可能性。這種情況在大修的背景下變得矛盾，因為測試應該獲準渦輪發動機飛行而不是增加等待。這種基礎造成了嚴重的經濟損失。

技術實現要素：

技術問題

本發明的目的是解決現有技術提出的至少一個問題。更確切地，本發明的目的是減少在測試單元中發生火災的影響。本發明還具有的另一目的是提供魯棒和可靠的測試單元。

技術解決方案

本發明的目的是提供一種用於發動機的測試單元，特別是用於能夠驅動空氣流的渦輪噴氣發動機或渦輪螺旋槳發動機，所述測試單元包括：入口；出口；與所述入口和出口連通的通道，所述通道用於在測試期間容納所述發動機，其特徵在於，所述通道包括至少一個閘板，其至少在打開位置和關閉位置之間樞轉，以便切斷通道中的空氣循環；特別是在出現火災的情況下；並且在於，其包括能量自主的返回裝置，所述裝置構造成用於使所述閘板朝向其關閉位置返回。

根據本發明的有利實施例，所述閘板包括一個翼片或一系列翼片，其配置成在所述閘板處於關閉位置的情況下形成能夠關閉所述通道的連續隔板。

根據本發明的有利實施例，所述閘板包括至少一個板，所述板的寬度大於厚度的至少十倍，或厚度的至少二十倍。

根據本發明的有利實施例，在所述閘板處於打開位置的情況下，所述翼片或每個翼片平行於所述通道的主伸長，和/或處於關閉位置的情況下，所述翼片或每個翼片相對於所述通道的主伸長傾斜。

根據本發明的有利實施例，所述閘板的樞轉軸線相對於豎直方向水平或傾斜，所述閘板沿其樞轉軸線平衡，以便以重力方式朝向關閉位置返回，所述閘板可能包括壓載物。

根據本發明的有利實施例，所述返回裝置包括預張緊的彈性裝置，以便使所述閘板返回到關閉位置。

根據本發明的有利實施例，所述返回裝置包括永磁體，其能夠使所述閘板朝向關閉位置返回和/或將其保持在關閉位置。

根據本發明的有利實施例，所述閘板旨在放置在所述發動機的下遊或上遊。

根據本發明的有利實施例，所述閘板是第一閘板；所述通道還包括與所述第一閘板間隔開的第二閘板，以便在它們之間限界所述通道的部分；這兩個閘板能夠切斷空氣在所述通道的入口和出口之間的循環，以便能夠抑制所述部分中的火災。

根據本發明的有利實施例，所述測試單元包括能夠將惰性氣體推入所述通道中的惰性系統，和/或位於所述發動機的固定區域中的用於發動機的固定裝置，所述惰性系統可能被放置在所述區域中。

根據本發明的有利實施例，所述單元是用於渦輪噴氣發動機或渦輪螺旋槳發動機的測試單元，旨在驅動穿過所述通道的空氣流，當所述空氣流大於閾值s時，所述閘板能夠通過所述空氣流移出關閉位置，和/或當所述流低於或等於閾值s時，所述閘板配置成處於關閉位置。

根據本發明的有利實施例，所述閘板包括相對於所述閘板偏心的樞軸連杆；優選地在關閉位置，所述閘板具有上半部和下半部，所述樞軸放置在所述上半部。

根據本發明的有利實施例，在打開位置，所述翼片或每個翼片是水平的和/或平放的。

根據本發明的有利實施例，在發動機正常工作的情況下，所述閘板保持在打開位置和/或由發動機驅動的空氣流在閘板上施加大於閾值s的動態壓力。

根據本發明的有利實施例，所述通道包括旨在容納發動機的走廊，和/或豎直煙囪，所述閘板優選地位於走廊中。

根據本發明的有利實施例，所述走廊包括在發動機的固定區域中的用於發動機的固定裝置；可能配備有傳感器。

根據本發明的有利實施例，所述閘板是位於發動機上遊的第一閘板，所述通道還包括位於發動機下遊的第二閘板，這兩個閘板能夠切斷空氣在所述通道的入口與出口之間的循環，以便能夠抑制在發動機處的通道中發生的火災。

根據本發明的有利實施例，當上遊閘板暴露於低於閾值s1的動態壓力p1時，上遊閘板樞轉到關閉位置，並且當下遊閘板暴露於低於閾值s2的動態壓力時，下遊閘板樞轉到關閉位置，閾值s1和s2是不同的。

根據本發明的有利實施例，下遊閘板在上遊閘板之後關閉。

根據本發明的有利實施例，每個閘板逐漸關閉，特別是每個翼片逐漸到達其關閉位置，和/或一個閘板的翼片一個接一個地到達它們的關閉位置。

根據本發明的有利實施例，通道包括從入口朝向出口的空氣循環方向，主方向可能沿著通道的中心線。

根據本發明的有利實施例，通道包括用金屬網和可能的底座加強的混凝土壁，例如在至少一個閘板處或者在每個閘板處。

根據本發明的有利實施例，通道和/或走廊測量的長度大於10m，優選的是長度大於20m，更優選的是長度大於70m。走廊的長度可以作為直線被測量。

根據本發明的有利實施例，通道具有至少4m2、或25m2、或50m2、或100m2的通道橫截面。

根據本發明的有利實施例，測試單元包括適於固定發動機的固定臂，可能是支架或懸架柱。

根據本發明的有利實施例，發動機能夠施加大於或等於20kn、或80kn、或200kn、或500kn的推力。固定臂設計成拾取相應的載荷。

根據本發明的有利實施例，所述閘板或至少一個閘板或每個閘板安裝成相對於測試單元自由旋轉；和/或每個翼片安裝成相對於其他翼片自由旋轉。

根據本發明的有利實施例，所述隔板或每個隔板是氣密的或大致氣密的。

根據本發明的有利實施例，用於發動機的固定區域包括測量傳感器，特別是溫度或壓力傳感器或流量測量傳感器。

根據本發明的有利實施例，在關閉位置，所述翼片或至少一個翼片或每個翼片大致垂直於通道的主伸長。

根據本發明的有利實施例，所述測試單元包括將閘板保持在打開位置的裝置和/或將閘板保持在關閉位置的裝置。

本發明的目的還在於提供一種用於發動機的測試單元，特別是用於能夠驅動空氣流的渦輪噴氣發動機或渦輪螺旋槳發動機，所述測試單元包括：入口；出口；與所述入口和出口連通的通道，所述通道用於在測試期間容納所述發動機，其特徵在於，所述通道包括閘板，其在打開位置和關閉位置之間樞轉，以便切斷通道中的空氣循環；特別是在出現火災的情況下；所述閘板能夠通過重力的作用返回到關閉位置；和/或所述閘板能夠通過由所述發動機驅動通過所述通道的空氣流而移出關閉位置。

本發明的目的還在於提供一種用於熄滅用於發動機的測試單元中的火災的方法，特別是用於渦輪噴氣發動機或渦輪螺旋槳發動機，所述方法包括以下步驟：(a)執行所述測試單元中的發動機測試；(b)檢測火災；其特徵在於，所述單元包括在打開位置和關閉位置之間樞轉的閘板；該方法還包括步驟(d)以能量自主的方式朝向關閉位置樞轉所述閘板，所述測試單元可能符合本發明。

根據本發明的有利實施例，所述發動機是飛機渦輪噴氣發動機或渦輪螺旋槳發動機，並且在步驟(b)檢測之後，所述發動機關閉；並且在步驟(d)樞轉期間，所述發動機繼續轉動，以便驅動保持所述閘板部分打開的空氣流。

根據本發明的有利實施例，在步驟(d)樞轉期間，所述閘板保持部分打開持續至少1秒，優選持續至少5秒，更優選的是至少20秒，可能達至少1分鐘。

以一般方式，本發明的每個目的的有利實施例也可應用於本發明的其它目的。在可能的範圍內，每個目的和每個有利的實施例可以組合。

實現的優點

一個或多個樞轉翼片的存在使得可以改善閘板的緊湊性並且限制其對在測試單元中循環的流動的影響。在打開位置；每個閘板部分地優選的是完全地裝入通道中，特別是在走廊中，這使得可以甚至更快地關閉它。

在發動機異常運行的情況下，存在驅動閘板關閉的返回裝置能夠實現快速、自主和節能的火災管理。這進一步改善了關閉可靠性。

兩個閘板使得可以限制更小的區域，以便協助那裡火災開始的窒息。它們位於渦輪噴氣發動機附近，這使得可以消除它們形成的室中剩餘的氧氣。通過關閉閘板而激活的惰性系統的存在加速了火災管理。

由於飛機渦輪噴氣發動機的轉子的慣性，儘管切斷了能量供應，空氣流仍繼續被驅動。由於當流動繼續循環超過某一閾值時，翼片保持部分打開，所以它們可以以更輕的方式確定尺寸。事實上，它們不需要在抵抗來自渦輪發動機的高流量時保持關閉。因此，閘板可以製造得更薄，使得其最小程度地幹擾測試。

附圖說明

圖1示出了根據本發明的在測試階段容納發動機的測試單元。

圖2是根據本發明的處於打開位置的上遊閘板的示意圖，其中火災剛剛開始。

圖3是響應於火災開始、根據本發明的上遊閘板在關閉過程中的示意圖。

圖4是根據本發明的處於關閉位置的上遊閘板的示意圖。

圖5示出了根據本發明的測試單元中的滅火方法的示意圖。

具體實施方式

圖1以簡化的方式示出了發動機4的測試單元2，更具體地，用於渦輪發動機4特別是用於飛機渦輪噴氣發動機4的測試單元2。

測試單元2形成基礎設施、結構。它包括具有入口8和出口10的通道6。通道6可包括基本上細長的走廊12。其長度可以大於50米。走廊12的長度允許空氣流14沿直線循環或者空氣14循環穿過通道6。由於來自渦輪噴氣發動機4的衝擊，該空氣流14循環通過測試單元2。為了限制對流動的阻力，特別是空氣流14進入渦輪噴氣發動機4，走廊12可以具有大於或等於50m2的通道橫截面。通道橫截面或自由截面可以在旨在容納渦輪噴氣發動機4的固定區域16的上遊測量。固定區域16可以是走廊12的部分(取決於其長度)。通道橫截面可以在走廊12的長度的至少四分之一上優選的是在該長度的大部分上可觀察到。

固定區域16可能配備有固定臂18，渦輪噴氣發動機4安裝在固定臂18上。臂18可以以柱或樁的方式從走廊12的天花板豎直延伸。臂18使得可以以偏移的方式安裝渦輪噴氣發動機4，並且使渦輪噴氣發動機4居中在走廊12的中間。居中是垂直和水平的。

走廊12可以由作為入口8和出口10的豎直煙囪(20；22)限定。它們允許空氣豎直地進入和排出，相對於走廊12升高。這裡詳細描述的u形構造不是必不可少的；還可以設想其他構造，例如沒有煙囪。只有一個腔室可以形成通道。

在上遊煙囪20和走廊12之間的接合處，單元2配備有一系列轉向葉片28。它們允許從入口煙囪20下來的空氣沿著水平方向排出。轉向葉片28水平延伸，並且跨越整個走廊12。它們具有彎曲的輪廓。在走廊12的入口處，單元2可選地具有柵格30，使得可以攔截易為擾動測試和損壞渦輪噴氣發動機的碎片。

測試單元2在這裡以正常測試條件以通常的方式示出。然而，為了考慮在渦輪噴氣發動機4處發生火災的風險，測試單元2配備有閘板(38；40)。具體地，第一上遊閘板38位於發動機4的上遊，而第二閘板40位於發動機4的下遊。每個閘板(38；40)具有一組橫跨通道6間隔開的翼片，並且它們在打開位置彼此遠離。

圖2是包括發動機4和閘板(例如上遊閘板38)的測試單元的一部分。這裡，閘板處於打開位置。該圖示出了通道6的走廊12的一部分。火災42剛剛在發動機4中開始，這對應於測試單元的不尋常的、異常的功能。

閘板38包括多個翼片44。翼片44每個包括具有水平樞轉軸線的樞軸連杆50。翼片44平行於同一平面並且彼此間隔開，以便允許空氣流14通過。這裡示出了3個翼片，但是還可以設想任何其他數量，例如在同一閘板38上十個或十五個或二十個。翼片44可以顯示板形狀，例如矩形。

第一鎖定裝置46可以將每個閘板保持在打開位置。翼片44可以平行於天花板48和走廊12的地板48。天花板48和地板48形成限定走廊12並因此限定通道6的側邊。它們通過垂直側48連接，垂直側48也稱為橫向側48，以便圍繞通道12並因此圍繞通道6。第一鎖定裝置46可以放置在垂直側48上。樞軸50位於翼片44的上遊的一半處，以便當第一鎖定裝置46被釋放時協助它們傾斜。

圖3示出了在第一鎖定裝置46已被解鎖之後圖2的測試單元的一部分。同時，發動機4關閉。

響應於火災42的檢測，第一鎖定裝置46已經釋放了翼片44，使翼片44自由。由於其上遊半部和其下遊半部之間相對於相應樞軸50的不平衡，翼片44傾斜。它們與前一位置相比傾斜。它們的下端接近下方的翼片44。該樞轉運動在重力的作用下發生，該重力形成返回裝置。翼片44朝向關閉位置的運動因此沒有任何能量源。翼片44在驅動能量方面自動移動。這簡化了翼片44的設計，並提供了可靠性的增益。

然而，發動機4的自轉繼續驅動空氣流14。空氣流14對閘板38特別是對翼片44施加機械載荷。該機械載荷對抗閘板38的完全關閉，閘板38保持在部分關閉位置。可以使用空氣流14的動態壓力。翼片44保持彼此遠離，因為它們被空氣流14推動。只要空氣流14保持大於閾值s，閘板38就保持部分打開。該閾值s可以取決於翼片44的平衡和/或其空氣動力學輪廓。彈性返回裝置(未示出)可被添加或可以替代樞軸50的未對準。這些彈性裝置增加閾值s值。

圖4示出了處於關閉構造的上遊閘板38。該圖呈現參考圖1至圖3描述的測試單元的部分。

目前，空氣流14低於或等於閾值s，因此其在閘板38上的機械載荷小於由返回裝置施加的載荷。閘板38繼續下降。每個都包括樞軸連杆50的翼片44繼續向下樞轉，直到它們彼此接觸。它們可以彼此接觸並且可能彼此推動，例如在它們的上邊緣和它們的下邊緣處。第二鎖定裝置52可以將每個翼片44保持在關閉位置。

翼片44是垂直的，並且形成既氣密又連續的隔板。它們可以與上側48和下側48接觸。它們可以以氣密方式刮擦垂直側48。所得的隔板以大致氣密的方式關閉通道6。空氣流14通過走廊12的循環被切斷。

因為空氣流14可以根據走廊12的側面48和中心線54的接近度顯示可變的分布，所以空氣流14的力也可以根據翼片44而變化。因此，翼片44可以一個接一個地到達它們的關閉位置。例如，靠近隔板的翼片可以在發動機4的中心線處的翼片之前關閉，該中心線能夠對應於走廊12的中心線54。

一旦被限制，使得用於發動機的固定區域16是惰性的。測試單元可以包括能夠將惰性氣體58推進到通道6中的惰性系統56。這與火災爭鬥並且允許其被熄滅。

關於上遊閘板所描述的內容也可應用於下遊閘板。

圖5示出了用於熄滅測試單元中的火災的方法的示意圖。測試單元可以與參考圖1至圖4所示的測試單元相同。

該方法可以採取以下步驟，可能以如下順序執行：

(a)在測試單元通道中執行發動機測試100，每個閘板然後處於打開位置；

(b)檢測102發動機上的火災；

(c)解鎖104閘板，以獲準其樞轉；

(d)通過返回裝置將每個閘板朝其相應的關閉位置樞轉106；

(e)閘板處於關閉位置108；

(f)將閘板鎖定110在關閉位置；

(g)惰化112發動機區域，以便熄滅那裡的火災。

在步驟(a)執行測試100期間，發動機可以是飛機渦輪噴氣發動機，其能夠例如產生至少120kn的推力。該推力來自於被驅動通過測試單元的通道的空氣流。空氣流對存在於通道中的每個閘板施加機械載荷。

一旦在步驟(b)檢測102期間檢測到火災，則發動機關閉。它不再供給有能量；即燃料。但其轉子的慣性(結合其在測試期間的rpm)繼續使其風扇轉動，因此空氣流繼續被驅動通過通道。其結果是，閘板繼續暴露於與空氣流相關的推力。

在步驟(d)樞轉106期間，每個閘板朝向其關閉位置樞轉。該運動由返回裝置驅動。重力可以讓閘板向下。它們然後基本上安裝成自由旋轉。作為補充或者作為替代，永磁體和/或彈簧可以裝備閘板，以便朝向關閉位置降低翼片。

由於持續的空氣流，閘板的關閉運動受到限制。運動受到約束，因此只要空氣流大於閾值s，閘板就保持與它們的關閉位置相距一定距離的平衡。

在步驟(d)樞轉期間，閘板保持部分打開持續至少1秒，優選持續至少5秒，更優選的是至少20秒，可能持續至少1分鐘。

在步驟(e)閘板處於關閉位置108，空氣流已經低於或等於閾值s。從那時起，返回裝置的機械動作足夠高以使每個閘板到達關閉位置。由發動機推出的流動不再足以將閘板移出其關閉位置。閘板可以在時間上錯開地關閉。

然後，在步驟(f)鎖定期間，可選地可以將閘板鎖定就位，以便將它們保持在關閉位置。然而，此步驟是可選的。翼片之間的簡單接觸可足以確保足夠的氣密性。此外，在翼片的上端和下端處的磁體的存在可以將其阻止在關閉位置。這種磁性作用還使得可以提高閾值s。

一旦容納發動機的空間被限制，也就是說，以氣密方式關閉，則就可以使其是惰性的。其中的空氣不再被替換。根據另一種方法，在那裡注入惰性氣體以窒息火災。這種加壓的惰性氣體驅趕出剩餘的氧氣。氧氣可以經由通過閘板的受控洩漏而被呼出或排出。其他滅火方法也是可能的，比如噴灑。