本发明涉及航空发动机滑油系统高效冷却，公开了一种滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置及测试方法。
背景技术：
1、高性能航空燃气涡轮发动机朝着高推重比、低油耗和高可靠性等方向不断发展，高速条件下发动机进口温度不断提高，高温部件面对的热负荷逐渐达到极限，涡轮轴端的端盖持续在高温环境下工作显著影响其运行可靠性和寿命。涡轮轴端的端盖与转轴和支撑结构共同组成包含支承涡轮转子轴承的轴承腔，热量进入轴承腔可能发生滑油结焦、积碳甚至着火的风险。因此，必须采取高效冷却技术以保证端盖的工作温度保持在合理范围内。由于端盖位于涡轮轴的轴心且处于高速旋转状态，难以通过引低温气流进行冷却，旋转端盖内壁与轴承腔中的滑油直接接触，故可通过滑油系统提供适量滑油对其进行有效冷却。
2、在现有强化冷却技术中，射流冲击是一种极其有效的强化换热方式，射流冲击在壁面上形成很薄的流动边界层，换热性能可达到常规对流换热方式的数倍。涡轮轴心端盖采用滑油射流冲击冷却时，端盖处于高速旋转状态，滑油射流冲击旋转壁面后可进一步降低流动边界层，达到增强换热性能的目的。然而，自由液体射流冲击旋转壁面的流动换热过程复杂，包含强剪切、转捩、液面波动和破碎等复杂流动现象，换热过程与流动之间又存在深度强耦合关系，而且影响流动和换热性能的工况和结构参数众多，因而难以采用理论分析和数值仿真对换热性能进行精确建模。目前主要采用简化的经验公式对滑油射流冲击旋转端盖的换热性能进行预测，工程应用中可能出现供油量不足导致换热能力下降，进而出现滑油超温引起结焦或着火等问题；此外，如果滑油过量，虽然冷却效果满足要求，但增加了系统的滑油循环量和部件重量，不利于提升发动机的性能。因此需要对滑油射流冲击旋转端盖的换热性能进行准确预测。
3、滑油射流冲击旋转端盖换热试验是准确、高效获得换热性能变化规律的重要方法，开展滑油射流冲击旋转端盖换热试验可以得到换热量、射流冲击端盖换热面的温度和对流换热系数。然而，由于端盖处于高速旋转状态，存在难以准确控制加热量、旋转体温度测试困难等问题，目前，针对滑油射流冲击旋转端盖换热的试验研究具有一定的挑战。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置及测试方法，能够实现不同工况（引气温度、供油温度、供油流量、转速）下的滑油射流冲击旋转端盖换热性能测试。
2、为了实现上述技术效果，本发明采用的技术方案是：
3、一种滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置，包括：
4、轴承腔组件，所述轴承腔组件内设置有航空发动机转子轴承和驱动轴；所述驱动轴外壁与转子轴承内环同轴固定，所述驱动轴为空心结构，用于同轴安装旋转端盖并带动旋转端盖转动；所述驱动轴与所述轴承腔组件之间设置有密封组件，所述密封组件与所述旋转端盖共同将所述轴承腔组件的内腔分割为加热腔和滑油腔；
5、第一盖板，安装于滑油腔对应的轴承腔组件端面，用于对滑油腔进行密封；
6、第二盖板，安装于加热腔对应的所述轴承腔组件端面，用于对加热腔进行密封；
7、喷嘴组件，与供油装置连接，用于向滑油腔内的旋转端盖端面喷射滑油；
8、引气管，与供气装置连接，用于向加热腔提供气流；
9、第一温度测点，设置于加热腔对应的旋转端盖端面；
10、第二温度测点，由加热腔对应的旋转端盖端面开设并延伸至靠近滑油腔对应的旋转端盖端面位置；
11、第三温度测点，用于测量离开旋转端盖端面的甩油温度；
12、排油组件，用于将滑油导出至滑油腔外；
13、排气组件，用于将气流导出至加热腔外。
14、进一步地，与驱动轴内壁接触的所述旋转端盖外壁面设置有环形隔热槽。
15、进一步地，还包括设置于轴承座与驱动轴之间的挡板，所述挡板位于加热腔对应的驱动轴外壁位置；所述挡板为筒状结构，且所述挡板上开设有可供引气管穿过的孔，所述挡板上还设置有和排气组件连通的排气孔；所述挡板与轴承座内壁同轴固定，且所述挡板与第一盖板间隙配合。
16、进一步地，所述喷嘴组件包含一个或多个喷头，所述喷头上设有喷孔可将滑油从喷头喷射至旋转端盖上，且滑油射流喷射方向与旋转端盖的转轴平行。
17、进一步地，所述喷孔的长径比范围为，所述喷头与旋转端盖之间的喷射距离范围为，其中为喷孔的长度，为喷孔的直径，为喷头与旋转端盖之间的喷射距离。
18、进一步地，旋转端盖上设有用于安装第二温度测点的测试孔，所述旋转端盖中心布设一个测试孔，且在0.33倍旋转端盖半径、0.66倍旋转端盖半径以及0.91倍旋转端盖半径的各圆周位置周向均布至少两个测试孔；每个所述测试孔由加热腔对应的旋转端盖端面开设并延伸至靠近滑油腔对应的旋转端盖端面位置，所述测试孔深度为旋转端盖厚度的0.8～0.95倍。
19、为实现上述技术效果，本发明还提供了一种滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试方法，所述测试方法基于所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置，包括：
20、设置试验中供气装置的供气温度、驱动轴的转速以及供油装置的供油温度、供油流量；
21、启动供气装置和供油装置，带动驱动轴持续转动，驱动旋转端盖持续旋转，测试装置稳定运行后，采集第一温度测点的第一温度值、第二温度测点的第二温度值，以及第三温度测点的甩油温度；
22、根据供油温度、供油流量以及第一温度测点、第二温度测点和第三温度测点的测量值，分析获得位于滑油腔的旋转端盖壁面温度以及通过旋转端盖的热流量；
23、根据所述供油温度、所述热流量以及位于滑油腔的旋转端盖壁面温度，分析获得滑油射流冲击旋转端盖内壁的对流换热系数。
24、进一步地，位于滑油腔的旋转端盖壁面温度，其中，为第个第二温度测点实测值的时间平均值，，为第二温度测点的数量，为旋转端盖的厚度，为第二温度测点相对于加热腔对应的旋转端盖端面的安装深度，为旋转端盖的导热系数，为通过旋转端盖的热传导量，，为加热腔对应的旋转端盖温度平均值，由第一温度测点实测数据分析获得，为第二温度测点实测数据分析获得的平均值，为旋转端盖的承油端面面积。
25、进一步地，旋转端盖的热流量，其中为滑油的比热容，为供油装置的供油质量流量，为供油温度，为第三温度测点获得的甩油温度平均值。
26、进一步地，滑油射流冲击旋转端盖内壁的对流换热系数，式中为旋转端盖的承油端面面积。
27、与现有技术相比，本发明所具备的有益效果是：本发明利用供油温度、供油流量以及第一温度测点、第二温度测点和第三温度测点的测量值，即可分析获得位于滑油腔的旋转端盖壁面温度、旋转端盖的热流量以及滑油射流冲击旋转端盖内壁的对流换热系数。并且可以通过改变所需试验供油温度、供油流量、引气温度和转速，完成其他工况的温度参数测量，并计算对应的对流换热系数，从而实现不同工况（引气温度、供油温度、供油流量、转速）下的滑油射流冲击旋转端盖换热性能测试。
1.一种滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置，其特征在于，与驱动轴内壁接触的所述旋转端盖外壁面设置有环形隔热槽。
3.根据权利要求1所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置，其特征在于，还包括设置于轴承座与驱动轴之间的挡板，所述挡板位于加热腔对应的驱动轴外壁位置；所述挡板为筒状结构，且所述挡板上开设有可供引气管穿过的孔，所述挡板上还设置有和排气组件连通的排气孔；所述挡板与轴承座内壁同轴固定，且所述挡板与第一盖板间隙配合。
4.根据权利要求1所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置，其特征在于，所述喷嘴组件包含一个或多个喷头，所述喷头上设有喷孔可将滑油从喷头喷射至旋转端盖上，且滑油射流喷射方向与旋转端盖的转轴平行。
5.根据权利要求1所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置，其特征在于，所述喷孔的长径比范围为，所述喷头与旋转端盖之间的喷射距离范围为，其中为喷孔的长度，为喷孔的直径，为喷头与旋转端盖之间的喷射距离。
6.根据权利要求1所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置，其特征在于，旋转端盖上设有用于安装第二温度测点的测试孔，所述旋转端盖中心布设一个测试孔，且在0.33倍旋转端盖半径、0.66倍旋转端盖半径以及0.91倍旋转端盖半径的各圆周位置周向均布至少两个测试孔；每个所述测试孔由加热腔对应的旋转端盖端面开设并延伸至靠近滑油腔对应的旋转端盖端面位置，所述测试孔深度为旋转端盖厚度的0.8～0.95倍。
7.一种滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试方法，所述测试方法基于权利要求1所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试装置，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试方法，其特征在于，位于滑油腔的旋转端盖壁面温度，其中，为第个第二温度测点实测值的时间平均值，，为第二温度测点的数量，为旋转端盖的厚度，为第二温度测点相对于加热腔对应的旋转端盖端面的安装深度，为旋转端盖的导热系数，为通过旋转端盖的热传导量，，为加热腔对应的旋转端盖温度平均值，由第一温度测点实测数据分析获得，为第二温度测点实测数据分析获得的平均值，为旋转端盖的承油端面面积。
9.根据权利要求8所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试方法，其特征在于，旋转端盖的热流量，其中为滑油的比热容，为供油装置的供油质量流量，为供油温度，为第三温度测点获得的甩油温度平均值。
10.根据权利要求9所述的滑油射流冲击旋转端盖换热系数测试方法，其特征在于，滑油射流冲击旋转端盖内壁的对流换热系数，式中为旋转端盖的承油端面面积。
