[发明专利]基于音速喷嘴的发动机涡轮叶片冷却空气流量计及方法

权利要求书

1.基于音速喷嘴的发动机涡轮叶片冷却空气流量测试方法，基于发动机涡轮叶片冷却空气流量计，包括依次设置的冷却空气入口、流量控制阀、入口整流器、音速喷嘴、出口整流器、夹具和涡轮叶片入口压力计，所述入口整流器上设有音速喷嘴入口压力计，所述夹具上设有冷却空气出口，所述流量控制阀用于控制进入流量计的空气质量流量与压力，所述入口整流器用于减少气流的湍流度以提高喷嘴入口压力的精确度；所述出口整流器用于使音速喷嘴下游气流受控且稳定地膨胀；夹具用于将流量计整体固定在航空发动机上，将测量气体引入涡轮叶片的进气口；所述音速喷嘴用以测量空气质量流量，其喉部横截面积小于位于被测试涡轮叶片表面的冷却孔面积之和；其特征在于，包括以下步骤：

(1)音速喷嘴选型：不同的发动机部件需选择不同K因子的音速喷嘴，首先由压比方法或者流出系数方法计算出理论K因子；

压比方法：

流出系数方法：

式中，K_T指若需要两个及以上喷嘴时喷嘴平行装配、同入口压力下K之和；FP为流出系数，可用式(3)或者式(4)估算；Pa为大气压力kPa；P1为音速喷嘴入口压力kPa，可用五倍Pa估算；P₃为发动机部件入口压力kPa；PR为压比，可用P₃/Pa替代；

式中，W为冷却空气流量kg/s，T3为涡轮叶片入口温度K；获得理论K因子后查表选择合适的一个或者多个音速喷嘴；

(2)流量计校准，获得实际K因子：

a.对流量计进行五点测试台校准；

b.给定喷嘴入口压力P₁为5171kPa，测量此时空气流量，计算得到K因子；

c.由式(5)计算初始P₁；

(3)准备测试台；

(4)检查流量控制阀、夹具的气密性；

(5)流量计测试：给音速喷嘴入口一指定压力，检查发动机部件入口压力是否在限制区间内；

(6)在实际工况下测量音速喷嘴入口压力P₁，计算冷却空气流量。