(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111507177.7 (22)申请日 2021.12.10 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113901595 A (43)申请公布日 2022.01.07 (73)专利权人 中国飞机强度研究所 地址 710065 陕西省西安市雁塔区电子二 路86号 (72)发明人 强宝平　王彬文　成竹　李剑　 任战鹏　 (74)专利代理 机构 西安创知专利事务所 61213 代理人 马凤云 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/28(2020.01) B64F 5/00(2017.01) G01K 13/024(2021.01) G01L 11/00(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (56)对比文件 CN 113340604 A,2021.09.0 3 CN 213630779 U,2021.07.0 6 US 2009095480 A1,20 09.04.16 李冬梅 等.飞机发动机室内开车尾气排 放 引射. 《装备环境工程》 .2020,第17 卷(第12期), 高雾.发动机排气系统喷水降温特性研究. 《中国优秀硕士学位 论文全文数据库电子期刊 工程科技 I辑》 .2019,第2019卷(第1期), 周展如.小型涡轮发动机通 风冷却系统的研 究. 《中国优秀硕士学位 论文全文数据库电子期 刊 工程科技 II辑》 .2013,第2013年卷(第2期), Jaroslaw Mark owskiet al.Model to Assess the Exhaust Emis sions from the Engine of a Smal l Aircraft Duri ng Flight. 《Procedia Engi neering》 .2017,第19 2卷 审查员 段偲丽 (54)发明名称 实验室内飞机APU排气系统设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种实验室内飞机APU排气系 统设计方法， 包括步骤： 一、 确定初始调整管道直 径； 二、 给定初始调整管道长度； 三、 确定引流管 道直径； 四、 判断飞机AP U排气设备是否完全将尾 气收纳； 五、 风机选型； 六、 确定喷淋降温用水质 量流量； 七、 确定喷淋降温机构的数量。 本发明为 实验室内飞机APU排气系统选型设计提供依据， 同时节省了物力和人力， 解决了在实验室内进行 APU开车的问题， 为实验室内气候试验的开展奠 定了重要基础， 可完全排出高温高压的APU尾气， 保证了实验室内温度、 压力的稳定， 确保了飞机 及试验人员的安全， 对高温尾气进行了降温处 理， 保证排除实验室外的尾气不会对实验室外人 员造成危害。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 113901595 B 2022.02.25 CN 113901595 B 1.实验室内飞机APU排气系统设计方法， 所述实验室内飞机APU排气系统包括用于容纳 飞机 （7） 的实验室 （6） 和将飞机APU排气输出至室外的飞机APU排气设备， 飞机APU排气设备 包括依次连接的初始调整管道 （1） 、 引流管道 （2） 、 蝶阀 （3） 和风机 （4） ， 初始调整管道 （1） 上 设置有喷淋降温器 （5） ， 喷淋降温器 （5） 包括多个沿初始调整管道 （1） 长度方向均匀设置的 喷淋降温机构， 所述喷淋降温机构包括设置在初始调整 管道 （1） 外的供水管 （5 ‑2） 和多个沿 初始调整管道 （1） 长度方向均匀设置在初始调整管道 （1） 内壁上的喷淋环管 （5 ‑1） ， 所述喷 淋环管 （5 ‑1） 朝向初始调整管道 （1） 内 中心方向的侧壁上均匀开设有 多个喷水孔； 供水管 （5 ‑2） 为具有一个输入管和多个输出管的供水管， 供水管 （5 ‑2） 上输出管的数量 与所述喷淋降温机构中喷淋环管 （5 ‑1） 的数量相等且一一对应， 输出管上安装有阀门 （5 ‑3） 和流量传感器 （5 ‑4） ； 实验室 （6） 内靠近飞机APU排气口外3m位置处设置有排气口温度传感器 （8） ， 实验室 （6） 内位于飞机非工作区的位置处设置有实验室环境温度传感器 （9） 和实验室环 境压力传感器 （10） ； 初始调整管道 （1） 和引流管道 （2） 均为圆管； 其特征在于， 该 方法包括以下步骤： 步骤一、 确定初始调整管道直径： 利用CATIA软件建立飞机APU排气口和飞机APU排气口 周围的气流组织分布的三维模型， 并采用混合网格形式对三维模型进行网格划分， 把三维 模型导入 FLUENT软件中， 获取在自然射流状态下飞机APU排气口周围的气流组织分布， 获取 气流在三个方向上的最大边界； 根据公 式D=L+△L， 计算初始调整 管道直径D， 其中， L为气流 喷射宽度或高度方向上的最大边界， △L为气流喷射宽度或高度方向上的边界安全预留值； 步骤二、 给定初始调整管道长度： 根据飞机APU排气口与其正对的实验室侧壁之间的距 离给定初始调整管道长度， 满足初始调整管道 （1） 为直管， 且引流管道与初始调整管道 （1） 的衔接段为 直管； 步骤三、 确定引流管道直径： 设定引流管道直径小于初始调整管道直径， 在FLUENT软件 中输入初始调整管道直径和设定的引流管道直径， 进行数值计算， 获取引流管道内的压力 场； 在FLUENT软件中通过多次调整引流管道的转弯半径和管道内部光滑程度， 并进行数值 计算， 获取满足压力场要求的引流管道直径； 步骤四、 判断飞机APU排气设备是否完全将尾气收纳： 利用确定的初始调整管道直径和 确定的引流管道 直径在FLUENT 软件中获取在自然射流状态下飞机APU排气设备是否完全将 尾气收纳， 当飞机APU排气设备能完全将尾气收纳时， 执行步骤五； 飞机APU排气设备不能完 全将尾气收纳时， 调整气流喷射宽度或高度方向上 的边界安全预留值， 执行步骤二和步骤 三， 直至飞机APU排气设备能完全将尾气收纳； 步骤五、 风机选型： 利用排气口温度传感器 （8） 实时采集飞机APU排气口外3m位置处温 度， 实验室环境温度传感器 （9） 实时采集实验室内环境温度； 逐渐增加风机 （4） 的频率， 实验室内排气口温度传感器 （8） 所在位置处温度值先增大后 减小， 实验室内排气口温度传感器 （8） 所在位置处与实验室内实验室环 境温度传感器 （9） 所 在位置处温度值相同， 且实验室内实验室环 境压力传感器 （10） 所在位置处压力满足微正压 指标， 停止调节风机 （4） 的频率， 选 定满足需求的风机类型；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113901595 B 2步骤六、 确定喷淋降温用水质量流量： 根据公式 ， 确定喷淋降温用水质量流量 ， 其中， 为初始调整管道内气流的质量流量， 为初始 调整管道内气 流的平均比热容， 为初始调整管道内气 流的温度， 为尾气排放安全设定 温度， 为喷淋降温用水蒸发百分比， β 为用水量安全系数， 为水的比热容， △T为喷淋降 温用水从初始温度变为水蒸气的温度变化 量，△Q为水的比汽化潜热； 步骤七、 确定喷淋降温机构的数量： 根据初始调整管道长度确定喷淋降温机构的数量， 多个喷淋降温机构的数量均匀布设在初始调整管道 （1） 上， 根据喷淋降温用水质量流量确 定每个喷淋环管 （5 ‑1） 上喷水孔的数量， 使 多个喷淋降温机构的喷水质量 流量满足要求。 2.按照权利要求1所述的实验室内飞机APU排气系统设计方法， 其特征在于： 所述用水 量安全系数β 为1.5～ 2。 3.按照权利要求1所述的实验室内飞机APU排气系统设计方法， 其特征在于： 所述微正 压指标为10Pa～80Pa。 4.按照权利要求1所述的实验室内飞机APU排气系统设计方法， 其特征在于： 所述尾气 排放安全设定温度 不大于80℃。 5.按照权利要求1所述的实验室内飞机APU排气系统设计方法， 其特征在于： 所述供水 管 （5‑2） 为具有一个输入管和两 至四个输出 管的供水管。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113901595 B 3