用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统及方法
阅读说明：本技术 用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统及方法 (Fuel oil temperature adjusting system and method for high-low temperature starting test of engine ) 是由 袁先圣 陈国智 熊荆江 汪亮 罗智浩 岳洋 于 2020-12-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统及调节方法,该系统将油箱设置在试验舱外,油箱的体积不再受试验舱的容积限制,可以存储充足的燃油以满足大功率发动机高低温起动试验的连续供油需求,并通过设置进油电磁阀和回油电磁阀,可以在试验前先将燃油温度调节至试验需要的目标温度,发动机起动时控制进油电磁阀打开和控制回油电磁阀关闭,即可马上供应满足温度需求的燃油,并且,燃油温度调节装置不仅可以对燃油进行加热,还可以对燃油进行降温,可以满足高低温起动试验时整个试验过程中燃油进口的温度要求。(The invention discloses a fuel temperature adjusting system and a fuel temperature adjusting method for a high-low temperature starting test of an engine, wherein an oil tank is arranged outside a test chamber, the volume of the oil tank is not limited by the volume of the test chamber any more, sufficient fuel can be stored to meet the continuous fuel supply requirement of the high-power engine high-low temperature starting test, the fuel temperature can be adjusted to the target temperature required by the test before the test by arranging an oil inlet electromagnetic valve and an oil return electromagnetic valve, the oil inlet electromagnetic valve is controlled to be opened and the oil return electromagnetic valve is controlled to be closed when the engine is started, the fuel meeting the temperature requirement can be supplied immediately, and a fuel temperature adjusting device can not only heat the fuel, but also cool the fuel, and can meet the temperature requirement of a fuel inlet in the whole test process when the high-low temperature starting test is.)
技术领域
本发明涉及航空发动机的高低温起动试验技术领域，特别地，涉及一种用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统及方法。
背景技术
《航空涡轮涡桨和涡轮轴发动机通用规范》(GJB242A)规定发动机初始飞行前需要进行放热和滑油冷却试验，设计定型时需要进行海平面高、低温起动试验。具体地，发动机放热和滑油冷却试验需要在海平面静止、1.2km最高进气滞止温度、最大高度最高进气滞止温度等环境状态下进行试验，整个试验过程中发动机燃油进口温度要求维持在57℃±2℃；而高、低温起动试验需要在保温时间后输送海平面热天最高温度的燃油(通常为52℃±2℃)和进口空气(高温起动试验)，或海平面最低温度的燃油(通常为-34℃±2℃)和空气(低温起动试验)进行试验。为满足放热和滑油冷却以及高、低温起动试验要求，试车台供应的发动机进口燃油温度需在-34℃～55℃范围内，且满足连续供油能力。
目前，航空发动机放热和滑油冷却试验、高低温起动和加速试验一般在起动规律试车台完成，起动规律试车台一般由供气系统、试验舱和排气系统组成。供气系统通过对冷热气源的掺混提供高、低温空气进入试验舱供给被试发动机，被试发动机放置于试验舱内，试验舱为密闭结构，高温试验时，试验舱为高温环境，低温试验时，试验舱为低温环境，排气系统将进入试验舱内的高、低温空气排出，发动机进行试验时，将发动机排出的高温燃气冷却后排出。现有起动规律试车台的高、低温燃油实现方式主要通过在试验舱内放置油箱，油箱内储存一定容量的燃油，或加长试验舱内燃油管路长度，试验舱内为高、低温空气，油箱或管路中的燃油通过与试验舱内空气热交换后得到高、低温燃油。其中，进行放热和滑油冷却试验时，由于试验时间较长，所需要的高温燃油流量较大，通常在燃油管路中串入在线式加热器对燃油进行加热。
例如，专利CN203978669U公开了一种锥式燃油箱，锥式燃油箱包括箱底或箱面，箱底和箱面组成封闭的容器，箱底为锥式结构，箱底的锥尖指向试验舱的进风口，进风口处气流流量大，流速快，气流与箱底的锥尖接触后，分流后沿箱底的表面流动，与锥式燃油箱发生热交换，从而使得锥式燃油的温度与试验舱的温度较快的达到一致，利用气流对锥式燃油箱进行降温或加温。专利CN201610022516.5公开了一种航空发动机燃油加温试验方法及试验装置，用于对供油给航空发动机的外部燃油系统的燃油进行加温试验控制，燃油加温试验方法包括：接收燃油加温所需达到的预设温度值并采集及接受外部燃油系统在加热装置的入口处的入口燃油温度值；实时采集并接收航空发动机的燃油流量；根据入口燃油温度值与预设温度值的差值，燃油流量计算加热装置的加热功率值，根据计算得到的加热功率值调整加热装置的输出加热功率。
但是，由于试验舱内需布置被试发动机、发动机台架、功率吸收和测量装置、排气引射筒等设备，因此若在试验舱内布置油箱，油箱的尺寸会受到限制，难以储存较多的燃油，无法满足大功率航空发动机试验时的连续供油要求。另外，采用在供油管路直接串入在线式加热器，燃油流量完全由被试发动机决定，发动机不工作时，加热器不加热，发动机运转后才有燃油流量，经过加热器才能加热，此时需要较长的时间才能将常温燃油加热到指定的温度，而高低温起动试验起动时即要求进口为高低温燃油，且现有试车台普遍的为燃油加温装置，暂无可用于燃油降温的试验设备。
发明内容
本发明提供了一种用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统及方法，以解决的现有的航空发动机高低温起动试验由于在起动规律试车台进行而存在的无法满足连续供油要求、无法在开始高低温起动试验时立即提供目标温度的燃油的技术问题。
根据本发明的一个方面，提供一种用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统，包括：
油箱，设置在试验舱外并通过进油管路与位于试验舱内的被试发动机相连，用于储存发动机高低温起动试验所需的燃油量；
燃油泵，设置在进油管路上并用于对所述油箱内储存的燃油进行加压输送；
燃油温度调节装置，设置在进油管路上且位于所述燃油泵的后方，用于调节燃油的温度；
进油电磁阀，设置在被试发动机的入口处，用于控制燃油是否供应给被试发动机；
回油电磁阀，设置在所述油箱的回油管路上，用于控制回油管路的通断；
温度传感器，设置在进油管路或者回油管路上，用于检测燃油的温度；
控制系统，分别与所述燃油泵、燃油温度调节装置、进油电磁阀、回油电磁阀和温度传感器相连，用于根据所述温度传感器的检测结果控制所述燃油温度调节装置的工作状态以将燃油温度调节至目标温度，并在所述温度传感器检测到燃油温度达到目标温度时，控制进油电磁阀打开和控制回油电磁阀关闭，否则控制进油电磁阀关闭和控制回油电磁阀打开。
进一步地，所述燃油温度调节装置包括三通调节阀、加热器、板式换热器和混合器，所述三通调节阀的入口与所述燃油泵的出口相连，其第一出口与所述加热器的入口相连，其第二出口与所述板式换热器的入口相连，所述板式换热器的制冷剂入口与外部制冷机组相连，所述加热器和板式换热器出口均与所述混合器相连，所述加热器用于对通过的燃油进行加热，所述板式换热器用于对通过的燃油进行降温，所述混合器用于掺混两股燃油，所述控制系统分别与所述加热器和外部制冷机组相连，用于控制所述加热器和外部制冷机组的工作状态以将掺混后的燃油温度调节至目标温度。
进一步地，所述控制系统还与所述三通调节阀相连，用于调节加热油路和降温油路的燃油量。
进一步地，当所述温度传感器检测到燃油温度高于目标温度时，所述控制系统控制所述加热器不工作，加热油路中流通的为常温燃油，并控制外部制冷机组开始工作，所述板式换热器对流过的燃油进行降温，低温燃油和常温燃油在混合器中进行掺混，通过控制所述三通调节阀来调节两个油路的燃油量以使出口油温快速降温至目标温度；
当所述温度传感器检测到燃油温度低于目标温度时，所述控制系统控制所述加热器开始工作，对流过的燃油进行加热，并控制外部制冷机组不工作，降温油路中流通的为常温燃油，高温燃油和常温燃油在混合器中掺混，通过控制所述三通调节阀来调节两个油路的燃油量以使出口油温快速升温至目标温度。
进一步地，所述油箱还通过补油管路与油库相连，且补油管路上设置有补油电磁阀，所述补油电磁阀与所述控制系统相连，所述控制系统还用于在所述油箱内的燃油量不足时控制所述补油电磁阀打开以向所述油箱内补充燃油。
进一步地，还包括与所述控制系统相连的流量测量装置，其设置在进油管路上且位于所述燃油泵的后方，用于测量输送的燃油量，所述控制系统用于根据发动机的需求流量和所述流量测量装置检测到的实际燃油量来调节所述燃油泵的开度。
进一步地，所述燃油温度调节装置为可移动式在线加温降温装置。
另外，本发明还提供一种用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节方法，采用如上所述的燃油温度调节系统，包括以下步骤：
步骤S1：实时检测燃油温度；
步骤S2：根据检测的燃油温度控制燃油温度调节装置的工作状态以将燃油温度调节至目标温度，当检测到燃油温度达到目标温度且保持稳定时，控制进油电磁阀打开和控制回油电磁阀关闭。
进一步地，所述步骤S2中根据检测的燃油温度控制燃油温度调节装置的工作状态以将燃油温度调节至目标温度的过程具体包括以下内容：
当检测到燃油温度高于目标温度时，控制加热器不工作，加热油路中流通的为常温燃油，并控制外部制冷机组开始工作，板式换热器对流过的燃油进行降温，低温燃油和常温燃油在混合器中进行掺混，通过控制三通调节阀来调节两个油路的燃油量以使出口油温快速降温至目标温度；
当检测到燃油温度低于目标温度时，控制加热器开始工作，对流过的燃油进行加热，并控制外部制冷机组不工作，降温油路中流通的为常温燃油，高温燃油和常温燃油在混合器中掺混，通过控制三通调节阀来调节两个油路的燃油量以使出口油温快速升温至目标温度。
进一步地，还包括以下步骤：
步骤S3：检测油箱内的燃油量，当油箱内的燃油量不足时控制补油电磁阀打开以向油箱内补充燃油。
本发明具有以下效果：
本发明的用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统，将油箱设置在试验舱外，油箱的体积不再受试验舱的容积限制，可以存储充足的燃油以满足大功率发动机高低温起动试验的连续供油需求，并通过设置进油电磁阀和回油电磁阀，可以在试验前先将燃油温度调节至试验需要的目标温度，发动机起动时控制进油电磁阀打开和控制回油电磁阀关闭，即可马上供应满足温度需求的燃油，并且，燃油温度调节装置不仅可以对燃油进行加热，还可以对燃油进行降温，可以满足高低温起动试验时整个试验过程中燃油进口的温度要求。
另外，本发明的用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节方法同样具有上述优点。
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的用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统的原理示意图。
图2是本发明优选实施例的燃油温度调节装置的结构示意图。
图3是本发明另一实施例的用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节方法的流程示意图。
图4是本发明另一实施例的用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节方法的另一实施方式的流程示意图。
附图标记说明
1、油箱；2、燃油泵；3、流量测量装置；4、燃油温度调节装置；5、进油电磁阀；6、回油电磁阀；7、温度传感器；8、补油电磁阀；41、三通调节阀；42、加热器；43、板式换热器；44、混合器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1所示，本发明的优选实施例提供一种用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统，包括：
油箱1，设置在试验舱外并通过进油管路与位于试验舱内的被试发动机相连，用于储存发动机高低温起动试验所需的燃油量；
燃油泵2，设置在进油管路上并用于对所述油箱1内储存的燃油进行加压输送；
燃油温度调节装置4，设置在进油管路上且位于所述燃油泵2的后方，用于调节燃油的温度；
进油电磁阀5，设置在被试发动机的入口处，用于控制燃油是否供应给被试发动机；
回油电磁阀6，设置在所述油箱1的回油管路上，用于控制回油管路的通断；
温度传感器7，设置在进油管路或者回油管路上，用于检测燃油的温度；
控制系统，分别与所述燃油泵2、燃油温度调节装置4、进油电磁阀5、回油电磁阀6和温度传感器7相连，用于根据所述温度传感器7的检测结果控制所述燃油温度调节装置4的工作状态以将燃油温度调节至目标温度，并在所述温度传感器7检测到燃油温度达到目标温度时，控制进油电磁阀5打开和控制回油电磁阀6关闭，否则控制进油电磁阀5关闭和控制回油电磁阀6打开。
可以理解，本实施例的用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节系统，将油箱1设置在试验舱外，油箱1的体积不再受试验舱的容积限制，可以存储充足的燃油以满足大功率发动机高低温起动试验的连续供油需求，并通过设置进油电磁阀5和回油电磁阀6，可以在试验前先将燃油温度调节至试验需要的目标温度，发动机起动时控制进油电磁阀5打开和控制回油电磁阀6关闭，即可马上供应满足温度需求的燃油，并且，燃油温度调节装置4不仅可以对燃油进行加热，还可以对燃油进行降温，可以满足高低温起动试验时整个试验过程中燃油进口的温度要求。
可以理解，所述燃油温度调节系统还包括与所述控制系统相连的流量测量装置3，其设置在进油管路上且位于所述燃油泵2的后方，用于测量输送的燃油量，所述控制系统用于根据发动机的需求流量和所述流量测量装置3检测到的实际燃油量来调节所述燃油泵2的开度，从而根据试验需求提供适配的燃油量给被试发动机。其中，所述油箱1、燃油泵2、流量测量装置3为常规的试车台燃油系统组成，利用了现有试车台的设备，降低了成本。
另外，所述燃油温度调节装置4为可移动式在线加温降温装置，可以直接接入现有发动机试车台燃油供油管路上。所述燃油温度调节装置4为即热式，串入发动机试车台燃油系统主进油回路上后，一定流量的燃油经过燃油温度调节装置4后，根据设定的目标温度，加温或者降温至目标温度，燃油流量根据发动机实际流量确定，所述燃油温度调节装置4具备将进口燃油加温至出口52℃以上或者降温至-34℃以下的能力。
考虑到发动机试验时要求燃油温度精度为±2℃，试验时燃油流量变化很大，从慢车的几十千克每小时到起飞状态的几千千克每小时，燃油直接经过加温或者降温后难以满足精度要求，本发明对燃油温度调节装置4进行了进一步的优化设计。具体地，如图2所示，所述燃油温度调节装置4包括三通调节阀41、加热器42、板式换热器43和混合器44，所述三通调节阀41的入口与所述燃油泵2的出口相连，其第一出口与所述加热器42的入口相连，其第二出口与所述板式换热器43的入口相连，所述板式换热器43的制冷剂入口与外部制冷机组相连，所述加热器42和板式换热器43出口均与所述混合器44相连，所述加热器42用于对通过的燃油进行加热，所述板式换热器43用于对通过的燃油进行降温，所述混合器44用于掺混两股燃油，所述控制系统分别与所述加热器42和外部制冷机组相连，用于控制所述加热器42和外部制冷机组的工作状态以将掺混后的燃油温度调节至目标温度。燃油经过三通调节阀41后，油路一分为二，一路经过加热器42进行加温，另一路经过板式换热器43进行降温，加温后的燃油和降温后的燃油再汇聚到混合器44中，两股不同温度的燃油混合，快速地将燃油温度调节至目标温度后供给发动机，通过燃油掺混可以提高燃油的控制精度，可以满足快速变化的燃油流量温度控制精度要求。
作为优选的，所述控制系统还与所述三通调节阀41相连，用于调节加热油路和降温油路的燃油量，通过调节加热后的燃油流量和降温后的燃油流量，可以快速、精准地控制掺混后的燃油温度，调节速度更快，控制精度更高。
所述温度传感器7可以设置在进油管路或者回油管路上，作为优选的，所述温度传感器7设置在被试发动机的入口处且位于进油电磁阀5的前方，可以实时检测入口处的燃油温度。当所述温度传感器7检测到燃油温度高于目标温度时，即需要对燃油进行降温处理，所述控制系统控制所述加热器42不工作，加热油路中流通的为常温燃油，并控制外部制冷机组开始工作，所述板式换热器43对流过的燃油进行降温，低温燃油和常温燃油在混合器44中进行掺混，然后通过控制所述三通调节阀41来调节两个油路的燃油量以使出口油温快速降温至目标温度。而当所述温度传感器7检测到燃油温度低于目标温度时，即需要对燃油进行升温，所述控制系统控制所述加热器42开始工作，对流过的燃油进行加热，并控制外部制冷机组不工作，降温油路中流通的为常温燃油，高温燃油和常温燃油在混合器44中掺混，通过控制所述三通调节阀41来调节两个油路的燃油量以使出口油温快速升温至目标温度。
另外，所述油箱1还通过补油管路与油库相连，且补油管路上设置有补油电磁阀8，所述补油电磁阀8与所述控制系统相连，所述控制系统还用于在所述油箱1内的燃油量不足时控制所述补油电磁阀8打开以向所述油箱1内补充燃油。作为优选的，所述油箱1内设置有与控制系统相连的液位传感器，当所述液位传感器检测油箱1内的燃油量低于下限阈值时，所述控制系统控制补油电磁阀8打开，开始补油，而当所述液位传感器检测到油箱1内的燃油量超过上限阈值时，所述控制系统控制补油电磁阀8关闭，停止补油。通过液位检测实现补油自动化控制，无需人为干预。
若发动机起动时开启燃油温度调节装置4，燃油温度调节装置4需要预热，同时起动过程和慢车过程中发动机燃油流量较小，管路散热较大，需要较长的时间才能将进口燃油温度加热或降温至指定温度，增加了发动机无效运转时间，试验成本提高的同时还减少了发动机使用寿命，而发动机试验成本远远高于车台设备运行成本，而且也无法满足发动机起动过程中燃油进口温度要求。因此，本发明在靠近发动机燃油进口处设置进油电磁阀5和回油电磁阀6，试验前即开启燃油温度调节装置4，油箱1中的燃油经过燃油温度调节装置4加温或降温后流向被试发动机，进油电磁阀5关闭，回油电磁阀6打开，加温或降温后的燃油经过回油管路流回油箱1，如此循环，当发动机进口处的温度达到要求时，燃油温度调节装置4达到工作稳定状态。正式开始高低温起动试验时，控制进油电磁阀5打开，回油电磁阀6关闭，燃油直接流向被试发动机，进油电磁阀5、回油电磁阀6与发动机起动开关联动。一般情况下油箱1中的燃油能满足单次高低温起动试验要求，若燃油不足，则自动打开补油电磁阀8，油库来油进入油箱1，后经过在线式的燃油温度调节装置4加温或降温至目标温度供给被试发动机。
另外，如图3所示，本发明还提供一种用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节方法，优选采用如上所述的燃油温度调节系统，包括以下步骤：
步骤S1：实时检测燃油温度；
步骤S2：根据检测的燃油温度控制燃油温度调节装置4的工作状态以将燃油温度调节至目标温度，当检测到燃油温度达到目标温度且保持稳定时，控制进油电磁阀5打开和控制回油电磁阀6关闭。
可以理解，本发明的用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节方法，可以在试验前先将燃油温度调节至试验需要的目标温度，发动机起动时控制进油电磁阀5打开和控制回油电磁阀6关闭，即可马上供应满足温度需求的燃油，并且，燃油温度调节装置4不仅可以对燃油进行加热，还可以对燃油进行降温，可以满足高低温起动试验时整个试验过程中燃油进口的温度要求。
另外，所述步骤S2中根据检测的燃油温度控制燃油温度调节装置4的工作状态以将燃油温度调节至目标温度的过程具体包括以下内容：
当检测到燃油温度高于目标温度时，控制加热器42不工作，加热油路中流通的为常温燃油，并控制外部制冷机组开始工作，板式换热器43对流过的燃油进行降温，低温燃油和常温燃油在混合器44中进行掺混，通过控制三通调节阀41来调节两个油路的燃油量以使出口油温快速降温至目标温度；
当检测到燃油温度低于目标温度时，控制加热器42开始工作，对流过的燃油进行加热，并控制外部制冷机组不工作，降温油路中流通的为常温燃油，高温燃油和常温燃油在混合器44中掺混，通过控制三通调节阀41来调节两个油路的燃油量以使出口油温快速升温至目标温度。
另外，如图4所示，所述用于发动机高低温起动试验的燃油温度调节方法还包括以下步骤：
步骤S3：检测油箱1内的燃油量，当油箱1内的燃油量不足时控制补油电磁阀8打开以向油箱1内补充燃油。
进一步地，所述步骤S3还包括以下内容：当油箱1内的燃油量超过上限阈值时，控制补油电磁阀8关闭，停止向油箱1内补油。
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。
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