CN102853987A - 用于冰风洞中研究航空发动机整流罩积冰和防冰的试验器 - Google Patents

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吉洪湖
胡娅萍
王健
陈宁立
朱强华
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本发明涉及一种用于冰风洞中研究航空发动机整流罩积冰和防冰的试验器，属于航空发动机积冰和防冰技术领域。该试验器由位于冰风洞外的外部部件和位于冰风洞内的内部部件组成，外部部件包括电动机（1）、主动皮带轮（18）和位于主动皮带轮外的防护罩（19）；内部部件包括：基座（2）、通过支柱（8）安装于基座上的轴套（9）、通过左轴承（7）和右轴承（10）安装于轴套内的转轴（12）；转轴一端安装有锥轴连接件（4），锥轴连接件上安装着整流罩（3）；转轴另一端安装有被动皮带轮（13）；该被动皮带轮通过皮带（14）与上述主动皮带轮（18）相联。该试验器经过合理设计有效减小了其结构尺寸、降低了对风洞的阻塞影响和对风洞内气流的扰动。

Description

用于冰风洞中研究航空发动机整流罩积冰和防冰的试验器
技术领域   
本发明是一种用于在冰风洞中研究属于航空发动机积冰和防冰技术领域。
背景技术
飞机在高空低于冰点的温度下飞行时，如果穿越含有过冷水滴（温度低于冰点但仍保持液态的水）的云层，水滴碰在飞机表面上，就会在碰撞区域及其附近发生积冰。飞机积冰不但增加了部件重量，而且会改变绕流流场、破坏气动性能，使操纵性和稳定性受到影响，给飞行安全带来危害。近年来，由于对现代航空发动机的运行安全、效率和性能的要求越来越高，有关发动机结冰现象的研究也得到越来越多的重视。发动机前端（包括整流帽罩、进气机匣及其支板、以及压气机进口导向叶片等）通常是出现结冰现象的主要部件。其中发动机进口整流帽罩的结冰现象对发动机气动性能有重大影响，轻则使发动机的引气量下降，推进功率减小，重则一旦冰块脱落可能造成发动机及其部件的损坏。所以研究整流帽罩的防冰/除冰问题具有重要意义。
有关发动机结冰现象的研究主要采用数值模拟、地面冰风洞试验、飞行试验等方式进行。纵观世界各国, 凡有能力独立研发飞行器的国家, 大多数拥有研究评估飞行器结冰和防冰的试验研究平台——冰风洞。冰风洞受制冷能力的限制，通常风洞试验段的尺寸都不大，因此大量的结冰试验是采用缩尺模型进行的。目前国内外有关航空发动机进口部件的积冰实验大多是针对翼型支板和整流帽罩展开的，但都为静止状态下的实验。上述现有的实验系统由于不包含复杂的驱动系统，因此不考虑驱动系统对冰风洞的堵塞影响、冰风洞内结冰条件对传动系统的影响以及试验件旋转所带来的问题诸如旋转过程中振动、传动装置的设计以及传动装置对于流场的扰动等，有关发动机旋转件结冰和防冰试验器的专利目前尚未见到报道。
发明内容
为了在冰风洞中研究航空发动机整流帽罩的结冰现象并探索其防冰措施，本发明提出了一种适用于在冰风洞内研究发动机整流帽罩积冰和防冰的试验器，该试验器经过合理设计有效减小了其结构尺寸、降低了对风洞的阻塞影响和对风洞内气流的扰动。
该试验器由位于冰风洞外的外部部件和位于冰风洞内的内部部件组成；上述外部部件包括电动机、主动皮带轮和位于主动皮带轮外的防护罩；上述内部部件包括：基座、通过支柱安装于基座上的轴套、通过一对轴承安装于轴套内的转轴；转轴一端安装有锥轴连接件，锥轴连接件上安装着整流罩；转轴另一端安装有被动皮带轮；该被动皮带轮通过皮带与上述主动皮带轮相联；基座上开有便于皮带穿过的皮带槽；上述被动皮带轮外具有被动皮带轮密封罩，上述皮带外具有皮带密封罩。
本发明是基于如下思路来解决其技术问题并达到设计目标的：该试验器由位于冰风洞外的外部部件和位于冰风洞内的内部部件组成，这样就能将电动机和主动皮带轮安置于冰风洞的外部，从而显著减小试验器在风洞内的结构尺寸，减小试验器对风洞的堵塞比。电机通过皮带与整流帽罩试验台相连并驱动其工作。将风洞试验段内的被动皮带轮和皮带密封在密封罩内，从而防止皮带运行过程中的结冰现象的发生，确保皮带运行性能的稳定。
根据上述分析，本发明将驱动系统与整流帽罩试验台分离开，以达到将驱动系统移出冰风洞、减小冰风洞内整流帽罩试验台尺寸的目的，由此形成了航空发动机整流帽罩积冰和防冰试验器的分离式总体结构特点。
本发明的有益效果是：
（1）驱动系统与整流帽罩试验台相分离，因而能够将驱动系统移出结冰风洞，从而减小了整流帽罩积冰和防冰试验器在风洞内的尺寸，有利于降低试验装置对风洞的堵塞比。
（2）密封罩的设计可以防止皮带结冰，确保皮带运行性能稳定。还能够防止气流从皮带槽中进出，隔绝风洞内外气流的流通。同时减小了皮带和皮带轮对风洞内流场的扰动。
（3）通过锥轴连接件连接于整流帽罩实验台主轴前端的轴套中，该结构设计使得试验件便于拆装更换。
（4）如果皮带与整流帽罩试验台的支柱位置对应，即从气流来流的方向看，皮带被支柱完全遮挡，从而进一步降低了试验装置对风洞的堵塞比。
附图说明
图1是航空发动机整流帽罩积冰和防冰试验器的二维剖视图。
图2是航空发动机整流帽罩积冰和防冰试验器的三维造型图。
图3是航空发动机整流帽罩积冰和防冰试验器在冰风洞中的安装位置关系示意图。
图中：1. 电动机；2. 基座；3. 整流帽罩；4. 锥轴连接件；5. 螺纹套；6. 轴承盖；7.左轴承；8. 支柱；9.轴套；10. 右轴承；11. 螺帽；12. 转轴；13. 被动皮带轮；14. 皮带；15.被动皮带轮密封罩；16.皮带密封罩；17.皮带槽；18.  主动皮带轮； 19.防护罩；20.风洞试验段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1显示出该防冰试验器的总体造型，该试验器由位于冰风洞外的外部部件和位于冰风洞内的内部部件组成。外部部件包括电动机1、主动皮带轮18和位于主动皮带轮18外的防护罩19；内部部件包括：基座2、通过支柱8安装于基座2上的轴套9、通过一对轴承7、10安装于轴套9内的转轴12；转轴一端安装有锥轴连接件4，锥轴连接件4上安装着整流罩3；转轴另一端安装有被动皮带轮13；该被动皮带轮13通过皮带14与上述主动皮带轮18相联；基座2开有便于皮带14穿过的皮带槽17；上述被动皮带轮13外具有被动皮带轮密封罩16，上述皮带14外具有皮带密封罩16。
如图3所示，为了减小积冰和防冰试验器对结冰风洞的阻塞影响，应尽可能减小其结构尺寸，因此将电动机1移出冰风洞，而冰风洞内仅保留整流帽罩试验台。整流帽罩试验台通过基座固定于结冰风洞试验段20内壁的沉槽上，使基座上表面与结冰风洞的壁面平齐。同时支柱8和皮带14及其外面所罩的皮带密封罩16前后顺列布置，从冰风洞气流流动方向看皮带密封罩16被支柱8完全遮挡，从而进一步减小试验器对冰风洞的堵塞。
为了防止皮带运行过程中结冰现象的发生，确保皮带运行性能稳定，将风洞试验段内的皮带14和被动皮带轮13密封在皮带密封罩16和被动皮带轮密封罩15内。密封罩15、16还隔绝风洞内外气流的流通，防止气流从皮带槽17中进出，并减小了皮带和皮带轮对风洞内流场的扰动。
整流帽罩3经由锥轴连接件4连接到转轴12的前端，并为螺纹套5所固定，这样设计能够方便的更换和拆装整流帽罩试验件。
该试验器既能进行无防冰涂层帽罩的实验又能进行有防冰涂层帽罩的实验。

Claims (2)

1. 一种用于冰风洞中研究航空发动机整流罩积冰和防冰的试验器,其特征在于：
包括位于冰风洞外的外部部件和位于冰风洞内的内部部件；
其中外部部件包括电动机（1）、主动皮带轮（18）和位于主动皮带轮外的防护罩（19）；
其中内部部件包括：基座（2）、通过支柱（8）安装于基座上的轴套（9）、通过左轴承（7）和右轴承（10）安装于轴套内的转轴（12）；转轴一端安装有锥轴连接件（4），锥轴连接件上安装着整流罩（3）；转轴另一端安装有被动皮带轮（13）；该被动皮带轮通过皮带（14）与上述主动皮带轮（18）相联；基座（2）上开有便于皮带穿过的皮带槽（17）；上述被动皮带轮（13）外具有被动皮带轮密封罩（15），上述皮带（14）外具有皮带密封罩（16）。
2. 根据权利要求1所述的航空发动机整流帽罩积冰和防冰试验器，其特征在于：从冰风洞气流流动方向看皮带密封罩（16）被上述支柱（8）完全遮挡。
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