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摘 要：本文针对滑油在粒子分离器机匣内腔循环散热对气流的温升影响进行了试验研究，并对其散热功率进行了评估。试验结果表明：粒子分离器清除比在12.5%～15%之间变化时，滑油散热功率变化不大，在14KW左右波动;滑油散热引起的清除流温升远高于主流，约为9.1℃，且随清除比变化不大，主流温升约3.7℃，且随着清除流增加，温升稍有下降.
关键词：粒子分离器;滑油散热;散热功率;温升
由于涡轴发动机的使用环境宽广，在沙漠等环境恶劣的地方，涡轴发动机需要采用进气防护措施以获得干净气流。经过长期的研究和积累，进气防护已由早期的进气过滤网、毛毡过滤器和多管惯性粒子分离器发展为现在的整体式粒子分离器[1-2]，其典型的应用包括T700、T800和RTM322。整体式粒子分离器以其分离效率高、总压损失小、结构简单等特点引气国内外研究者的广泛关注[3-5]。
整体式粒子分离器对于整个涡轴发动机而言，不仅为发动机提供干净、均匀气流，同时还可能兼顾了防冰、滑油散热、前轴承腔滑油循环等功能[5]。而防冰、滑油散热等功能的实现均一定程度上影响机匣温度，进而造成压气机进口流场温度畸变，最终影响整机性能。本文以某型涡轴发动机粒子分离器为研究对象，通过试验研究滑油散热对流体温升的影响，为发动机整体性能评估提供数据支撑。
1 滑油散热在粒子分离器机匣中流动机理
为满足功能要求，粒子分离器机匣中集成部分滑油管路，通过粒子分离器内部气体流动对高温还有进行散热，在低温状态还能够对粒子分离器部分流道进行防冰。为增加滑油散热面积，采用滑油管路绕机匣循环流动一周设计。具体的流动示意图及结构示意图见图1所示。
在试验中，真实模拟了滑油在机匣内部的滑油空腔，并于试验件外部设计了与滑油循环设备连接的两个接口，实现滑油的循环流动。
2、滑油散热试验
2.1 试验件状态
粒子分离器流道试验件结构相对简单，机匣内滑油环腔通过外置的两个接口与滑油循环装置连接，实现滑油进出。
2.2 试验状态
本次试验评估了设计状态下，不同清除流流量与滑油散热性能的关系。记录数据为：试验时空气的温度、湿度参数（设备测点）、不同状态点下的滑油进、出口温度（滑油循环设备测点）、主流和清除流的进、出口温度。（出口截面采用等环面分布的4支5点探针）
试验条件如下：空气进气温度为室温;清除比为12%～15%。
3、试验结果分析
根据试验数据，可以计算得到滑油的散热功率，以及主流和清除流的温升数值。从而评估滑油散热功率以及其对粒子分离器主流和清除流的温度影响。
3.1 滑油散热功率
通过外置的滑油循环系统与粒子分离器试验件的连接，读取了滑油在試验件进出口的温度。表1给出了若干状态的滑油进出口温度数据。从表中数据可以看出，滑油进出口的温差在32～33℃左右，随着清除流的流量变化不大。
获得滑油进出口温度数据后，结合公式1获得了滑油散热功率计算结果。由公式可知，在一定滑油温度（比热不变）和流量状态下，滑油散热功率与进出口温差成正比。
通过试验数据的处理，图2给出了滑油散热功率随清除比的变化关系，由图中可以看出，清除比在12.5%～15%之间变化时，滑油散热功率变化不大，在14KW左右波动。
3.2 滑油散热对气流的影响
在试验条件下，高温滑油在机匣内循环流动一周，其热量必然通过机匣壁面传递给流通过的气流，造成气流温度升高。粒子分离器主气流以及清除气流的出口截面均布置有温度探针，从而获得了两个截面的温升状态。图3和图4给出了粒子分离器试验件主流和清除流出口截面的温升随着清除流变化曲线。从图中可以看出，试验状态下主流温升约3.7℃，且随着清除流增加，温升呈现稍有下降的趋势;清除流温升整体变化不大，在9.1℃左右波动，无明显的升降趋势。整体而言，清除流的温升远高于主流温升，这是由于滑油散热的主体流道大部分位于清除流道内，且清除流流量较小，因此温升较高。
3 结论
本文针对粒子分离器机匣内集成的滑油散热功能进行了试验验证，并对由于滑油散热造成的粒子分离器主、清除气流的温升进行了评估。试验结果表明：
（1）在试验条件下，粒子分离器清除比在12.5%～15%之间变化时，滑油散热功率变化不大，在14KW左右波动;
（2）清除流的温升远高于主流，约为9.1℃，且整体变化不大;主流温升约3.7℃，且随着清除流增加，温升稍有下降。
参考文献：
[1] 童悦，谭慧俊，曾平均.带扫气蜗壳的整体式粒子分离器仿真.航空动力学报，Vol.28 No.5，May，2013.
[2] Filippone A， Bojdo N. Turboshaft engine air particle separator[J]. Progress in Aerospace Sciences， 2010，46（5/6）：224-245
[3] 于广元，雷玉冰.基于混合优化算法的无叶片粒子分离器优化设计.航空动力学报，Vol.28 No.8，Aug，2013.
[4] 叶静，胡柏安，熊焰.涡轴发动机无叶片粒子分力气流道设计[J].现代机械，2007，2：39-42.
[5] Robert J D， Bernard F S. Integral engine inlet particle separator： Volume II design guide[R]. USAAMRDL-TR-75-31B，1975
关键词：粒子分离器;滑油散热;散热功率;温升
由于涡轴发动机的使用环境宽广，在沙漠等环境恶劣的地方，涡轴发动机需要采用进气防护措施以获得干净气流。经过长期的研究和积累，进气防护已由早期的进气过滤网、毛毡过滤器和多管惯性粒子分离器发展为现在的整体式粒子分离器[1-2]，其典型的应用包括T700、T800和RTM322。整体式粒子分离器以其分离效率高、总压损失小、结构简单等特点引气国内外研究者的广泛关注[3-5]。
整体式粒子分离器对于整个涡轴发动机而言，不仅为发动机提供干净、均匀气流，同时还可能兼顾了防冰、滑油散热、前轴承腔滑油循环等功能[5]。而防冰、滑油散热等功能的实现均一定程度上影响机匣温度，进而造成压气机进口流场温度畸变，最终影响整机性能。本文以某型涡轴发动机粒子分离器为研究对象，通过试验研究滑油散热对流体温升的影响，为发动机整体性能评估提供数据支撑。
1 滑油散热在粒子分离器机匣中流动机理
为满足功能要求，粒子分离器机匣中集成部分滑油管路，通过粒子分离器内部气体流动对高温还有进行散热，在低温状态还能够对粒子分离器部分流道进行防冰。为增加滑油散热面积，采用滑油管路绕机匣循环流动一周设计。具体的流动示意图及结构示意图见图1所示。
在试验中，真实模拟了滑油在机匣内部的滑油空腔，并于试验件外部设计了与滑油循环设备连接的两个接口，实现滑油的循环流动。
2、滑油散热试验
2.1 试验件状态
粒子分离器流道试验件结构相对简单，机匣内滑油环腔通过外置的两个接口与滑油循环装置连接，实现滑油进出。
2.2 试验状态
本次试验评估了设计状态下，不同清除流流量与滑油散热性能的关系。记录数据为：试验时空气的温度、湿度参数（设备测点）、不同状态点下的滑油进、出口温度（滑油循环设备测点）、主流和清除流的进、出口温度。（出口截面采用等环面分布的4支5点探针）
试验条件如下：空气进气温度为室温;清除比为12%～15%。
3、试验结果分析
根据试验数据，可以计算得到滑油的散热功率，以及主流和清除流的温升数值。从而评估滑油散热功率以及其对粒子分离器主流和清除流的温度影响。
3.1 滑油散热功率
通过外置的滑油循环系统与粒子分离器试验件的连接，读取了滑油在試验件进出口的温度。表1给出了若干状态的滑油进出口温度数据。从表中数据可以看出，滑油进出口的温差在32～33℃左右，随着清除流的流量变化不大。
获得滑油进出口温度数据后，结合公式1获得了滑油散热功率计算结果。由公式可知，在一定滑油温度（比热不变）和流量状态下，滑油散热功率与进出口温差成正比。
通过试验数据的处理，图2给出了滑油散热功率随清除比的变化关系，由图中可以看出，清除比在12.5%～15%之间变化时，滑油散热功率变化不大，在14KW左右波动。
3.2 滑油散热对气流的影响
在试验条件下，高温滑油在机匣内循环流动一周，其热量必然通过机匣壁面传递给流通过的气流，造成气流温度升高。粒子分离器主气流以及清除气流的出口截面均布置有温度探针，从而获得了两个截面的温升状态。图3和图4给出了粒子分离器试验件主流和清除流出口截面的温升随着清除流变化曲线。从图中可以看出，试验状态下主流温升约3.7℃，且随着清除流增加，温升呈现稍有下降的趋势;清除流温升整体变化不大，在9.1℃左右波动，无明显的升降趋势。整体而言，清除流的温升远高于主流温升，这是由于滑油散热的主体流道大部分位于清除流道内，且清除流流量较小，因此温升较高。
3 结论
本文针对粒子分离器机匣内集成的滑油散热功能进行了试验验证，并对由于滑油散热造成的粒子分离器主、清除气流的温升进行了评估。试验结果表明：
（1）在试验条件下，粒子分离器清除比在12.5%～15%之间变化时，滑油散热功率变化不大，在14KW左右波动;
（2）清除流的温升远高于主流，约为9.1℃，且整体变化不大;主流温升约3.7℃，且随着清除流增加，温升稍有下降。
参考文献：
[1] 童悦，谭慧俊，曾平均.带扫气蜗壳的整体式粒子分离器仿真.航空动力学报，Vol.28 No.5，May，2013.
[2] Filippone A， Bojdo N. Turboshaft engine air particle separator[J]. Progress in Aerospace Sciences， 2010，46（5/6）：224-245
[3] 于广元，雷玉冰.基于混合优化算法的无叶片粒子分离器优化设计.航空动力学报，Vol.28 No.8，Aug，2013.
[4] 叶静，胡柏安，熊焰.涡轴发动机无叶片粒子分力气流道设计[J].现代机械，2007，2：39-42.
[5] Robert J D， Bernard F S. Integral engine inlet particle separator： Volume II design guide[R]. USAAMRDL-TR-75-31B，1975