涡轴发动机用零扭矩试验装置及试验方法

摘要

本发明公开了一种涡轴发动机用零扭矩试验装置及试验方法，该试验装置包括：测功器，测功器的前端经超越离合器箱连接待测的发动机，作为发动机的负载；超越离合器箱，位于发动机与测功器之间且经其控制发动机与测功器的离合以实现发动机的零扭矩试验；后驱动装置，连接测功器的后端，用于通过转速及扭矩的调节且经测功器及超越离合器箱使得发动机进入零扭矩输出状态。通过设置后驱动装置与测功器相连，且在测功器与待测的发动机之间设置超越离合器箱，通过后驱动装置作为动力调节扭矩带动测功器以同发动机旋转方向进行旋转，使得超越离合器箱输出端的转速高于输入的转速，超越离合器脱开，使发动机与测功器脱离，从而实现了发动机零扭矩试验。

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，特别地，涉及一种涡轴发动机用零扭矩试验装置及试验方 法。

背景技术

在涡轴发动机飞行前规定持久试车和定型持久试车的程序中要求发动机在零输出轴扭矩 的情况下进行运转(即发动机输出轴的扭矩为零)，考核发动机在此状态下运转的稳定性、可 靠性和安全性。现有的涡轴发动机地面试车台无相关试验装置，在进行涡轴发动机飞行前规 定持久试车和定型持久试车时，对零扭矩试验要求部分进行了裁减，故亟需设计一种涡轴发 动机用零扭矩试验装置。

发明内容

本发明提供了一种涡轴发动机用零扭矩试验装置及试验方法，以解决现有的地面试车台 无法满足涡轴发动机零扭矩试验的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

根据本发明的一个方面，提供一种涡轴发动机用零扭矩试验装置，本发明装置包括：

测功器，测功器的前端经超越离合器箱连接待测的发动机，作为发动机的负载，用于测 量发动机的输出扭矩并吸收发动机功率；

超越离合器箱，位于发动机与测功器之间且经其控制发动机与测功器的离合以实现发动 机的零扭矩试验；

后驱动装置，连接测功器的后端，后驱动装置的转向与发动机相同，用于通过转速及扭 矩的调节且经测功器及超越离合器箱使得发动机进入零扭矩输出状态。

进一步地，后驱动装置包括：

变频电机，作为驱动动力源；

增速箱，连接变频电机的输出端与测功器的后端，以使得后驱动装置的输出转速与发动 机的转速匹配；

扭矩传感器，用于测量变频电机的转速和/或扭矩并反馈给自动控制系统；

自动控制系统，用于接收扭矩传感器反馈的转速和/或扭矩及经设置的转速和/或扭矩的给 定值，通过比较给定值与反馈值生成调节指令给变频控制系统；

变频控制系统，用于接收调节指令以控制变频电机的转速和/或扭矩。

进一步地，自动控制系统本地设置或者经网络接收设置给定值的指令。

进一步地，测功器包括壳体及设于壳体内的转子，转子的一端连接超越离合器箱的输出 端，转子的另一端连接后驱动装置，壳体上设有因壳体的扭转以测量发动机扭矩的拉压传感 器。

进一步地，壳体设有与其连通的进水阀门和出水阀门，用于控制进水阀门和/或出水阀门 的开度调节壳体内水量从而调控发动机负载。

进一步地，超越离合器箱包括箱体及设于箱体内的减速齿轮、增速齿轮及超越离合器， 其中，减速齿轮与输入端连接，增速齿轮与输出端连接，超越离合器位于减速齿轮与增速齿 轮之间，用于控制减速齿轮与增速齿轮的离合，且超越离合器在输出端的转速高于输入端的 转速时脱开使得减速齿轮与增速齿轮脱离。

进一步地，超越离合器箱还包括用于对箱体内进行润滑冷却的润滑系统。

根据本发明的另一方面，还提供一种涡轴发动机零扭矩试验方法，采用上述的涡轴发动 机用零扭矩试验装置，本发明方法包括：

启动待测的发动机，发动机依次经超越离合器箱、测功器带动后驱动装置工作，且工作 转速由发动机控制并保持恒定不变；

经测功器调节发动机负载恒定；

启动后驱动装置并逐渐增加后驱动装置的输出扭矩直至发动机的输出扭矩接近零时，继 续增大后驱动装置的输出扭矩，测功器的转速上升，安装在发动机与测功器之间的超越离合 器脱开，发动机进入零扭矩输出状态。

进一步地，后驱动装置具有扭矩控制模式，且在扭矩控制模式下经自动控制系统自动增 加其输出扭矩直至设定的扭矩目标值。

进一步地，扭矩目标值大于发动机在工作转速下驱动测功器设定负载对应的扭矩值。

本发明具有以下有益效果：

本发明涡轴发动机用零扭矩试验装置及试验方法，通过设置后驱动装置与测功器相连， 且在测功器与待测的发动机之间设置超越离合器箱，通过后驱动装置作为动力调节扭矩带动 测功器以同发动机旋转方向进行旋转，使得超越离合器箱输出端的转速高于输入的转速，超 越离合器脱开，使发动机与测功器脱离，从而实现了发动机零扭矩试验，满足了涡轴发动机 飞行前进行持久试车和定型持久试车对零输出扭矩的试验要求。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面 将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例涡轴发动机用零扭矩试验装置的结构示意图；

图2是本发明优选实施例后驱动装置的结构示意图；

图3是本发明优选实施例超越离合器箱的结构示意图。

附图标记说明：

1、测功器；2、超越离合器箱；3、后驱动装置；4、发动机；

21、箱体；22、输入端；23、输出端；24、减速齿轮；

25、增速齿轮；26、超越离合器；27、润滑系统；

31、变频电机；32、增速箱；33、扭矩传感器；34、自动控制系统；35、变频控制系统。

具体实施方式

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组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种涡轴发动机用零扭矩试验装置，其包括：测功 器1，测功器1的前端经超越离合器箱2连接待测的发动机4，作为发动机4的负载，用于测 量发动机4的输出扭矩并吸收发动机功率；超越离合器箱2，位于发动机4与测功器1之间且 经其控制发动机4与测功器1的离合以实现发动机4的零扭矩试验；后驱动装置3，连接测功 器1的后端，后驱动装置3的转向与发动机4相同，用于通过转速及扭矩的调节且经测功器1 及超越离合器箱2使得发动机4进入零扭矩输出状态。现有的常规试车台中，发动机作为动 力与测功器直接相连。本实施例通过设置后驱动装置3与测功器1相连，且在测功器1与待 测的发动机4之间设置超越离合器箱2，通过后驱动装置3作为动力调节扭矩带动测功器1以 同发动机4旋转方向进行旋转，使得超越离合器箱2输出端的转速高于输入的转速，超越离 合器26脱开，使发动机4与测功器1脱离，从而实现了发动机4零扭矩试验，满足了涡轴发 动机飞行前进行持久试车和定型持久试车对零输出扭矩的试验要求。

参照图2，本实施例中，后驱动装置3包括：变频电机31，作为驱动动力源；增速箱32， 连接变频电机31的输出端与测功器1的后端，用于提高后驱动装置3的输出转速使之与发动 机4的转速匹配；扭矩传感器33，用于测量变频电机31的转速和/或扭矩并反馈给自动控制 系统34；自动控制系统34，用于接收扭矩传感器33反馈的转速和/或扭矩及经设置的转速和/ 或扭矩的给定值，通过比较给定值与反馈值生成调节指令给变频控制系统35；变频控制系统 35，用于接收调节指令以控制变频电机31的转速和/或扭矩。本实施例通过自动控制系统34 采集反馈值并比较反馈值与给定值生成调节指令，经变频控制系统35不停调节和控制变频电 机31，使转速和/或扭矩达到且稳定在给定值，从而实现了转速和/或扭矩的精确控制。本实施 例中，优选地，自动控制系统34以可编程控制器为核心，采用开放式的网络结构，使网络信 息透明、易于扩展。网络控制包括控制网(IndustrialEthernet工业以太网)和设备网(Profibus-DP 现场控制总线)，自动控制系统34本地设置或者经网络接收设置给定值的指令，进一步提升 其智能化水平。优选地，本实施例中，变频电机31选用啸驰公司德国工厂生产的笼型异步变 频电机，变频控制系统35采用ABB公司最新一代ACS800系列，可编程控制器PLC选用西 门子公司S7-300，扭矩传感器33采用德国GIF产品，可以实现对速度、扭矩的精确控制。本 实施例中，后驱动装置3具有转速控制模式和扭矩控制模式。试验时，先根据试验内容在工 控机(即自动控制系统34)的人机界面上选择转速控制模式或扭矩控制模式，设定相应目标 参数，启动变频控制系统35，自动控制系统34通过比较转速或扭矩的给定值和扭矩传感器 33测量的转速或扭矩的反馈值实时向变频控制系统35发指令，变频控制系统35不停调节和 控制变频电机31使转速或扭矩达到且稳定在给定值，从而实现转速或扭矩的精确控制。

本实施例中，测功器1包括壳体及设于壳体内的转子，转子的一端连接超越离合器箱2 的输出端，转子的另一端连接后驱动装置3。测功器1作为发动机的负载，用于测量发动机输 出扭矩并吸收发动机功率，其工作原理是通过转子搅动水(即负载)，使水温度上升，发动机 输出的机械能转化为水的热能从而达到吸收功率的目的。壳体上设有因壳体的扭转以测量发 动机扭矩的拉压传感器。优选地，壳体设有与其连通的进水阀门和出水阀门，用于经进水阀 门和/或出水阀门调控发动机负载。优选地，测功器具有位置控制、扭矩控制和转速控制模式， 通过进水阀门和排水阀门实时联动，控制水量从而达到精确控制发动机负载的目的。

参照图3，本实施例超越离合器箱2包括箱体21及设于箱体21内的减速齿轮24、增速 齿轮25及超越离合器26，其中，减速齿轮24与输入端22连接，增速齿轮25与输出端23连 接，超越离合器26位于减速齿轮24与增速齿轮25之间，用于控制减速齿轮24与增速齿轮 25的离合，且超越离合器26在输出端23的转速高于输入端22的转速时脱开使得减速齿轮 24与增速齿轮25脱离。优选地，减速齿轮24及增速齿轮25可以采用多级齿轮，本实施例中， 采用两级减速齿轮及两级增速齿轮，以满足传动比的调整需求；优选地，超越离合器26与试 验对象在装机状态下的离合器相同，使得发动机在试验时最接近装机状态。优选地，超越离 合器箱2还包括用于对箱体21内进行润滑冷却的润滑系统27。

根据本发明的另一方面，还提供一种涡轴发动机零扭矩试验方法，其特征在于，采用上 述实施例的涡轴发动机用零扭矩试验装置，本发明方法包括：

1)、启动待测的发动机4，发动机4依次经超越离合器箱2、测功器1带动后驱动装置3 稳定工作，且工作转速由发动机4控制并保持恒定不变；

2)、经测功器1调节发动机负载恒定；测功器1采用阀门位置控制，阀门位置保持恒定 即水量恒定(负载恒定)；

3)、启动后驱动装置3并逐渐增加后驱动装置3的输出扭矩直至发动机4的输出扭矩接 近零时，继续增大后驱动装置3的输出扭矩，测功器1的转速上升，安装在发动机4与测功 器1之间的超越离合器26脱开，发动机4进入零扭矩输出状态。

本实施例中，优选地，起动后驱动装置3并采用扭矩控制模式，缓慢增加后驱动扭矩； 因后驱动转向和发动机一致，且测功器1对应的发动机负载恒定，此时该负载的一部分功率 由后驱动装置3提供，发动机为保持转速不变输出功率将减小，后驱动装置3扭矩继续增加 直到超过测功器设定负载，测功器1的转子转速上升，而发动机转速恒定不变，此时超越离 合器箱2的输出端23的转速超过了输入端22的转速，超越离合器26分离，从而使发动机4 和测功器1(负载)脱开，此时发动机4在维持自身和超越离合器靠输入端齿轮转速的最小功 率下工作，达到理论上的零扭矩输出状态。

优选地，本实施例后驱动装置3在扭矩控制模式下经自动控制系统34自动增加其输出扭 矩直至设定的扭矩目标值，从而提升了发动机的零扭矩试验的智能化水平。更优选地，扭矩 目标值大于发动机4在工作转速下驱动测功器1设定负载(即发动机恒定负载)对应的扭矩 值，即测功器1由后驱动装置3带动且转子转速大于输入端22的转速，超越离合器26分离， 使得发动机4与测功器脱开，发动机4达到理论上的零扭矩输出状态。

本发明已通过试验验证，发动机在进入零扭矩输出和退出零扭矩输出过程中以及在零扭 矩输出状态时工作稳定，各测试参数均无异常，满足涡轴发动机飞行前规定持久试车和定型 持久试车对零输出轴扭矩的试验要求。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。