一种用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置

技术领域

本发明涉及但不限于发动机环境试验技术领域，尤指一种用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置。

背景技术

《中国民用航空规章》第33部第33.78条中对民用航空发动机的吸雹试验提出明确的要求。为满足民用航空发动机适航取证要求，目前急需建立一套用于民用航空发动机吸雹试验的连续冰雹发射装置，其抛雹量、冰雹分布满足适航条款的要求，可在地面模拟飞行时遭遇的降雹环境，对发动机遭遇冰雹时的工作能力进行演示验证，验证发动机在吸入冰雹时是否满足适航条款的要求。在此之前，我国关于民用航空发动机吸雹试验的装置的研制为空白状态。

发明内容

本发明的目的：本发明实施例提供一种用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置，以实现在地面模拟民用航空发动机飞行时遭遇的降雹环境，其技术指标符合适航技术要求，用于民用航空发动机在试车台的吸雹试验。

本发明的技术方案：本发明实施例提供一种用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置，包括：气源系统1、发射系统2及控制系统3；

其中，所述气源系统1的高压气体管路连接到发射系统2的入口，用于将气源系统1发出的高压气体传送到发射系统2；

所述控制系统3通过信号线分别与气源系统1和发射系统2连接，用于控制气源系统1和发射系统2的工作状态；

所述连续冰雹发射装置，用于在通过气源系统1向发射系统2传送高压气体时，向发射系统2内加入冰雹，并通过发射系统2内旋转式装料器25的运行转速控制加入冰雹的连续发射流量，从而将连续发射出的冰雹发射到发动机进气道。

可选地，如上所述的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中，所述气源系统1包括：依次相连接的空压机4、第一过滤器5、油水分离器6、冷干机7、第二过滤器8、吸干机9、储气设备10；

其中，所述储气设备10包括：通过管路接通的至少四个储气罐11，配置于每个储气罐11上的安全阀12和排污阀13，配置于其中一个储气罐11上的第一压力表14，设置于储气罐11出口管路上的减压阀15和手动球阀16，以及用于安装固定储气罐11的可移动车体17。

可选地，如上所述的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中，所述储气设备10中的储气罐11配置为4个，采用并联方式连接；

所述连续冰雹发射装置，还用于在工作时，将来自气源系统1的压缩空气依次进入4个储气罐11后，通过减压阀15调压后经过手动球阀16向发射系统2供气。

可选地，如上所述的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中，所述发射系统2包括：快速控制阀18、连续装弹机构19、发射管20、固定支架21和金属软管22；

其中，快速控制阀18、连续装弹机构19、发射管20安装于固定支架21的上部，通过金属软管22将气源系统1的储气罐11出口管路与发射系统2的发射管20相连，快速控制阀18设置于金属软管22与连续装弹机构19之间；

所述连续冰雹发射装置，还用于通过调节气源系统1中的减压阀15设置试验压力，通过控制系统3打开快速控制阀18，接通气源系统1，利用高速高压气流吹动加入到发射系统2的冰雹加速运动，从而使冰雹高速发射到发动机进气道内。

可选地，如上所述的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中，

所述连续装弹机构19包括：装料箱23、气动式插板阀24、旋转式装料器25，装料箱23的底部开口与旋转式装料器25的顶部开口的对接位置通过气动式插板阀24相连接。

可选地，如上所述的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中，

所述装料箱23包括：箱体26、盖板27、堵盖28及第二压力表29；其中，盖板27上部设置有第二压力表29、加压口30和填料口31，填料口31通过堵盖28密封；

所述气动式插板阀24包括：阀体32、插板33、气缸34及控制阀35，阀体32为框架结构，插板33设置于阀体32的框架内，气缸34的作动杆与插板33相连，控制阀35设置于气缸34上，用于控制气缸34内作动杆两侧的压力，使得作动杆伸出或缩回，并带动插板33在阀体32的框架结构内运动；

所述旋转式装料器25包括：筒体39，位于筒体39中心的主轴37，周向均匀布设于主轴37上的多个叶轮38，以及设置于筒体39外部且与主轴37连接的蜗轮减速机36；蜗轮减速机36用于向主轴37提供旋转动力，并带动叶轮38旋转，将通过装料箱23加入的冰雹带动至发射管20中。

可选地，如上所述的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中，

所述发射管20包括：接近发动机进气道设置主发射管41，连接到旋转式装料器25底部开口的预发射管42，以及设置于预发射管42底部的底座43，底座43安装于固定支架21上。

可选地，如上所述的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中，所述控制系统3包含：本地控制柜44、远程控制柜45、远程测试台46；

其中，本地控制柜44通过线缆分别与空压机4、快速控制阀18、蜗轮减速机36相连接，通过远程控制柜45分别实现对空压机4、快速控制阀18、蜗轮减速机36的控制，通过远程测试台46使得操作人员对连续冰雹发射装置执行操作、控制和状态监控。

可选地，如上所述的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中，所述连续冰雹发射装置中配置有两套并联的发射系统2。

本发明的优点：本发明实施例提供的一种用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置，包括气源系统、发射系统及控制系统；控制系统通过信号线分别与气源系统和发射系统连接，用于控制气源系统和发射系统的工作状态；连续冰雹发射装置在通过气源系统向发射系统传送高压气体时，向发射系统内加入冰雹，并通过发射系统内旋转式装料器的运行转速控制加入冰雹的连续发射流量，从而将连续发射出的冰雹发射到发动机进气道。采用该连续冰雹发射装置，可以满足适航条款对模拟降雹环境的技术要求，抛雹量可通过调节旋转式装料器转速进行调节。抛雹量调节方便快捷，抛雹时冰雹流量波动小。

附图说明

附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

图1为本发明实施例提供的一种用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中一种气源系统的结构示意图；

图3为本发明实施例的气源系统中一种储气罐的结构示意图；

图4为本发明实施例提供用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中一种发射系统的结构示意图；

图5为本发明实施例的发射系统中一种连续装弹机构的结构示意图；

图6为本发明实施例的连续装弹机构中一种装料箱的结构示意图；

图7为本发明实施例的连续装弹机构中一种气动式插板阀的结构示意图；

图8为本发明实施例的连续装弹机构中一种旋转式装料器的结构示意图；

图9为本发明实施例的连续装弹机构中一种发射管的结构示意图；

图10为本发明实施例提供用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中一种控制系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明实施例提供的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置，可以应用于民用航空涡轮风扇发动机地面台架连续吸雹试验，能够发射大量连续冰雹，完成发动机在连续吸雹条件下的可靠性考核。

本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

图1为本发明实施例提供的一种用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的连续冰雹发射装置可以包括：气源系统1、发射系统2及控制系统3。

如图1所示连续冰雹发射装置的结构中，所述气源系统1的高压气体管路连接到发射系统2的入口，用于将气源系统1发出的高压气体传送到发射系统2。

本发明实施例中控制系统3通过信号线分别与气源系统1和发射系统2连接，用于控制气源系统1和发射系统2的工作状态；

本发明实施例提供的连续冰雹发射装置，用于在通过气源系统1向发射系统2传送高压气体时，向发射系统2内加入冰雹，并通过发射系统2内旋转式装料器25的运行转速控制加入冰雹的连续发射流量，从而将连续发射出的冰雹发射到发动机进气道。

以下分别本发明实施例的连续冰雹发射装置中各系统的具体结构和功能进行详细说明。

图2为本发明实施例提供用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中一种气源系统的结构示意图。

如图2所示，本发明实施例的气源系统1包括：依次相连接的空压机4、第一过滤器5、油水分离器6、冷干机7、第二过滤器8、吸干机9、储气设备10；其中，所述储气设备10主要包括：通过管路接通的至少四个储气罐11，配置于每个储气罐11上的安全阀12和排污阀13，配置于其中一个储气罐11上的第一压力表14，设置于储气罐11出口管路上的减压阀15和手动球阀16，以及用于安装固定储气罐11的可移动车体17。

图3为本发明实施例的气源系统中一种储气罐的结构示意图。如图3所示，在本发明实施例的一种实现方式中，储气罐11可以配置为4个，采用并联方式，每个储气罐11均设置1个安全阀12、排污阀13。在工作时，来自气源系统1的压缩空气依次进入4个储气罐11，然后通过减压阀15调压后经过手动球阀16向发射系统2供气。

图4为本发明实施例提供用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中一种发射系统的结构示意图。

如图4所示，本发明实施例的发射系统2包括：快速控制阀18、连续装弹机构19、发射管20、固定支架21和金属软管22。其中，快速控制阀18、连续装弹机构19、发射管20安装于固定支架21的上部，通过金属软管22将气源系统1的储气罐11出口管路与发射系统2的发射管20相连，快速控制阀18设置于金属软管22与连续装弹机构19之间，连续冰雹发射装置，还用于通过调节气源系统1中的减压阀15设置试验压力，通过控制系统3打开快速控制阀18，接通气源系统1，利用高速高压气流吹动冰雹加速运动，从而使冰雹高速射入发动机进气道。

图5为本发明实施例的发射系统中一种连续装弹机构的结构示意图。本发明实施例的连续装弹机构19包括：装料箱23、气动式插板阀24、旋转式装料器25，装料箱23的底部开口与旋转式装料器25的顶部开口的对接位置通过气动式插板阀24相连接。

图6为本发明实施例的连续装弹机构中一种装料箱的结构示意图。如图6所示，装料箱23包括：箱体26、盖板27、堵盖28及第二压力表29，其中，盖板27上部设置有第二压力表29、加压口30和填料口31，填料口31通过堵盖28密封；装料箱23通过填料口31加入冰雹，通过加压口30的加压作用平衡装料箱23与发射管20之间的压力，避免冰雹反流向装料箱23。

图7为本发明实施例的连续装弹机构中一种气动式插板阀的结构示意图。如图7所示，气动式插板阀24包括：阀体32、插板33、气缸34及控制阀35，阀体32为框架结构，插板33设置于阀体32的框架内，气缸34的作动杆与插板33相连，控制阀35设置于气缸34上，用于控制气缸34内作动杆两侧的压力，使得作动杆伸出或缩回，并带动插板33在阀体32的框架结构内运动。即在压缩空气的作用下，能够实现插板33快速打开和关闭，以连通或隔断装料箱23与旋转式装料器25。

图8为本发明实施例的连续装弹机构中一种旋转式装料器的结构示意图。如图8所示，旋转式装料器25包括：筒体39，位于筒体39中心的主轴37，周向均匀布设于主轴37上的多个叶轮38，以及设置于筒体39外部且与主轴37连接的蜗轮减速机36，用于向主轴37提供旋转动力，并带动叶轮38旋转，将通过装料箱23加入的冰雹带动至发射管20中；冰雹的投放量可通过控制蜗轮减速机36的转速来实现自动调节。在每个叶轮38上均安装有密封垫40，用于密封叶轮38与筒体39内壁面的间隙。

图9为本发明实施例的连续装弹机构中一种发射管的结构示意图。如图9所示，发射管20包括：接近发动机进气道设置主发射管41，连接到旋转式装料器25底部开口的预发射管42，以及设置于预发射管42底部的底座43，底座43安装于固定支架21上，固定支架21用于固定预发射管42。

图10为本发明实施例提供用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置中一种控制系统的结构示意图。如图10所示，本发明实施例的控制系统3包含：本地控制柜44、远程控制柜45、远程测试台46。本地控制柜44内安装变频器及配电保护装置，本地控制柜44通过线缆分别与空压机4、快速控制阀18、蜗轮减速机36相连接；远程控制柜45内安装变频器操作面板47、电磁阀控制按钮48、急停按钮49，变频器操作面板47用于控制蜗轮减速机36的转速，电磁阀控制按钮48用于控制快速控制阀18的开关，急停按钮49用于控制空压机4在紧急情况下的关闭；远程测试台46内安装工控机50、显示器52、人工输入设备53，用于操作人员对连续冰雹发射装置的操作、控制和状态监控，远程测试台46通过采集卡51分别与各压力表相连接，用于采集连续冰雹发射装置在工作过程中的压力数据。

本发明实施例提供的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置，包括气源系统、发射系统及控制系统；控制系统通过信号线分别与气源系统和发射系统连接，用于控制气源系统和发射系统的工作状态；连续冰雹发射装置在通过气源系统向发射系统传送高压气体时，向发射系统内加入冰雹，并通过发射系统内旋转式装料器的运行转速控制加入冰雹的连续发射流量，从而将连续发射出的冰雹发射到发动机进气道。采用该连续冰雹发射装置，可以满足适航条款对模拟降雹环境的技术要求，抛雹量可通过调节旋转式装料器转速进行调节。抛雹量调节方便快捷，抛雹时冰雹流量波动小。

可选地，本发明实施例中单个储气罐11的容积为1m3，四个储气罐采用并联连接方式。

可选地，固定支架21可以调节高度，使得发射管20的中心高度可以在4.5m～5.5m范围内调节。

可选地，主发射管41长度为4.0m，主发射管20通过法兰盘与预发射管42连接，主发射管41可以更换。

可选地，装料箱23通过盖板27、堵盖28进行密封。

可选地，主发射管41内径为45mm，发射管20的内径尺寸可以视情增大或减小。

可选地，减压阀15调压后向发射系统提供合适压力的高压空气，供气压力为0.2MPa～0.5MPa。

可选地，空压机4额定输出压力为0.75MPa。

可选地，可移动车体17下部安装6个车轮，其中前面4个为万向活动车轮，后面2个为固定车轮。

可选地，箱体26采用不锈刚材料焊接而成，为了保证冰雹装入后不发生融化，箱体加工完成后，在内表面均匀涂抹厚度不小于5mm的隔热保温涂料。

采用本发明实施例提供的用于航空涡扇发动机的连续冰雹发射装置执行试验的过程为：

试验前，启动空压机4，由空压机4产生的压缩空气经过第一过滤器5、油水分离器6、冷干机7等过滤、干燥后进入储气设备10进行储存。使用时，通过减压阀15向发射系统2提供合适压力的压缩空气，压力可以根据需要调节。待储气罐11中充满压缩空气后，打开箱体26的填料口31，将准备好的冰雹装入箱体26，后将填料口31用堵盖28封住。使用高压气瓶通过加压口30为装料箱23提供高压气体，以平衡装料箱23与发射管20之间的压力，避免冰雹反流向装料箱23。启动旋转式转料器25，按照需要冰雹发射流量，调节旋转式装料器25的运行转速，此时叶轮38运转。随后，打开发射系统2中的快速控制阀18，使得发射管20内有高速气流流动，但气动插板阀24将冰雹隔离在装料箱23中，因此并无冰雹发射。打开气动插板阀24，此时装料箱23内的冰雹进入旋转式装料器25，冰雹在高速气流的吹动作用下，经过前发射管41、后发射管42抛出。

虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。