一种发动机地面试验环境控制系统

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，涉及到发动机地面试验环境的控制技术，特别涉及到一种降低试验过程中噪声和排气污染的装置。

背景技术

在飞行器用的喷气发动机的研制过程中，对喷气发动机进行地面试验是必需的环节。因为喷气发动机在工作时会产生巨大的噪声，所以降低其噪声对于人员防护和降低环境影响非常重要。

喷气发动机在地面试车时通常水平放置，由于喷气速度很高甚至达到超声速，会与周围大气进行强烈的混合而形成气动噪声。针对喷气发动机地面试验的降噪，主要采用的是喷水降噪方案。美国兰利试验中心在20世纪50年代末首先将喷水降噪应用于航空喷气飞机发动机的喷流噪声控制领域，在20世纪60年代初将又应用于运载火箭发射喷水降温降噪领域，其主要方案是在导流设施出入口处设置喷水系统。20世纪70年代初，苏联开始研究利用喷水降温降噪来降低运载火箭发射时的喷流噪声和能量，保护发射设备及设施。与之类似，我国也针对大型火箭发动机工作，在导流槽附近和发射架上设置喷水系统，向火箭发动机尾焰大量喷水，以达到保护发射设施和抑制发射喷流强噪声的目的，这方面已有的专利如CN201811271755.X(申请号)。但是这些喷水降噪方案主要是针对大型运载器的发射，对于日常的喷气发动机地面试车，已有的降噪方法效果有限。如CN202010624707.5(申请号)是在发动机喷管外增加直套筒，并在套筒内和套筒出口外缘喷水，形成水幕来隔离和降噪，发动机试车时仍然会对周边人居环境产生较大的影响。

发明内容

本发明提供了一种能够降低发动机试验噪声和废气排放的控制方法和装置，通过多级措施分步处理、综合治理措施并行的方式实现目标，具有降噪降污染效果好、易于实施的特点。

本发明的技术方案：

一种发动机地面试验环境控制系统，所述发动机地面试验环境控制系统包括支架2、排气引射筒3、排气消声器4、喷淋管路5、水泵6、吸隔声屏障和钢制隔声门9；

所述支架2用于固定排气引射筒3，其底部安装有移动轮，通过膨胀螺栓与地面固定连接；

所述排气引射筒3前段为锥形、后段为圆筒形，是由外层壁板和内层壁板焊接组合成的中空结构；其中内层壁板为微穿孔吸声结构，即在内层壁板上钻多个微孔，微孔的孔径为φ0.5～φ1mm，穿孔率在1％～3％之间；两层壁板之间留有空腔，形成微穿孔板吸声结构；

所述排气消声器4与排气引射筒3相连，根据喷气发动机的推力大小进行选择；对于500N推力以下的发动机采用内置消声板的长方体式消声器，其中消声板采用纵横均布的形式；对于500N推力以上的发动机试车，消声器为向下倾斜的圆筒形结构，与水平方向的夹角为10°～15°，使排气方向倾斜向地面；下斜圆筒形消声器采用与排气引射筒3相同的双层微穿孔板吸声结构；

所述吸隔声屏障主要由中部水平方向布置的通透隔声板7和上部、下部金属吸隔声板8组成，其与钢制隔声门9通过合页10和钢立柱骨架11固定连接，吸隔声屏障和钢制隔声门9在排气引射筒3和排气消声器4的两侧及后方；两侧的吸隔声屏障固定在试验房间外墙上；

所述喷淋管路5分成两路，一路进入排气引射筒3锥形段，在排气引射筒3内部对燃气喷淋，另一路安装在吸隔声屏障上部，对从排气消声器4排出的尾气进行喷淋；喷淋所用水由水泵6增压。

本发明的原理是：(1)发动机试车时，高温尾焰喷入排气引射筒，通过前端的喷淋降温来降低声能，并使排气中的污染物溶于水；(2)排气引射筒和排气消声器的吸声结构进一步吸收排气的声能；(3)较长的引射筒和消声器隔离了发动机排气和大气环境的直接相互作用，不仅防止噪声扩散，而且利于排气中污染物溶解于水；(4)发动机排气喷出消声器后，由隔声门和声屏障上部的喷淋系统进一步降温、降噪、降污染，使噪声和污染水平进一步降低。

本发明的效果和益处是综合利用喷淋、排气引射筒内部和外围声屏障多级措施降噪和降污染，实现对喷气发动机排气环境的有效控制，具有技术方案简单，适用于不同推力发动机、系统造价低的优点。

附图说明

图1是发动机地面试验环境控制系统方案图。

图2是适用于小推力的排气消声器示意图，(a)外观示意图，(b)内部示意图。

图3是适用于中等推力的排气消声器示意图。

图中：1发动机喷口；2支架；3排气引射筒；4排气消声器；5喷淋管路；6水泵；7通透隔声板；8金属吸隔声板；9钢制隔声门；10合页；11钢立柱骨架。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施方式。

实施例1：

针对推力为300N和3000N的液体火箭发动机地面试车台，设计环境控制系统。

(1)排气引射筒3的结构尺寸为：锥形入口端直径为0.6m，出口端直径为1.2m，长度为1.5m；引射筒圆筒段的直径为1.2m，长度为1.0m，与锥形段通过法兰连接。

(2)针对300N发动机的排气消声器4采用片式消声器的形式，尺寸为1.5m×1.5m×2m，其中消声器前端为圆变方的变径，长度为0.5m，与引射筒3相连。内部消声片分为横向和竖向，消声片长度均为0.75m，片厚100mm，片间距为100mm。

(3)针对3000N发动机的排气消声器采用下斜式消声筒，其入口端直径为1.2m，长度为2.0m，向下倾斜12°，与排气引射筒3通过法兰连接。

(4)金属吸隔声板和隔声门采用复合结构，从面向发动机一侧分别为1.0mm厚304H不锈钢穿孔面板，100mm厚高温吸声泡沫陶瓷，8mm厚吸声通孔泡沫铝(憎水性玻璃纤维布包裹)，1.0mm厚304H不锈钢背板。

(5)金属吸隔声板的固定采用插入式方式，安装在H型钢两侧翼缘槽口内部，H型钢底部焊接底板，通过锚栓的方式与地面相连。

(6)两侧金属吸隔声板长6米，高3.5米，在两侧金属吸隔声板1.5～2米高处，安装0.5米高的采光隔声窗，方便观察试验台情况。

(7)金属吸隔声板顶部安装喷淋口，每个雾化喷淋口之间相隔0.5米，等距分布。每一个喷淋口的喷射角度均与轴线呈45°喷射，喷水流量为150g/s。