[发明专利]超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针

说明书

本发明属于航空航天测试技术领域，提供一种超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，特别是提供一种在暂冲式超燃冲压发动机燃发器及发动机燃烧室试验中用于捕获真实高焓燃气的燃气取样探针。

技术领域

本发明属于航空航天测试技术领域，提供一种超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，特别是提供一种在暂冲式超燃冲压发动机燃发器及发动机燃烧室试验中用于捕获真实高焓燃气的燃气取样探针。

背景技术

在发展高超声速推进的过程中,超燃冲压发动机始终是一个关注的热点。进行超燃冲压发动机燃烧室综合性能评估时，由于燃烧室内温度较高、燃气速度快、燃烧室内存在复杂的激波系的影响，且相互耦合，很难对综合性能进行直接的确定。目前，在已有的多种燃烧室性能评估方法中，取样法以其多点测量、结构简单、材料易寻和可对产物分析的特点，得到了关注。

取样探针取样，进而对高焓燃气进行组分分析，是进行气体成分分析，进而测定综合性能(燃烧效率、燃烧室出口温度、余气系数、进口流场均匀性等)的一种优选的分析手段。对超燃冲压发动机进行取样分析的难点主要来自于被测流场的高焓燃气和高马赫数。高焓的影响主要是对取样探针结构、材料、冷却、加工等方面的影响，实现高焓燃气的快速冻结化学反应也具有一定的难度。高马赫数的影响主要是激波对采样的影响和取样探针的结构强度。

日本国家宇航实验室Tohru Mitani等人还利用探针取样/色谱分析的方法对超燃冲压发动机燃烧室出口尾气进行了微流量取样分析，获得了有意义的燃烧效率；国防科大潘余等教授采用气体取样-色谱分析法，对燃烧室出口进行小流量采样，再通过色谱仪分析出样气中CO、CO₂和未燃碳氢化合物等成分的含量来计算燃烧效率；中国空气动力研究中心采用气体取样-色谱分析法完成了N₂、O₂和CO₂测量。

发明内容

本发明的目的是：通过超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针获取具有取样代表性的真实燃气。

本发明的技术方案是：超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，包括取样头部1、燃气管8、燃气接嘴13，所述取样头部1的每个样气接头101分别与燃气管8在保持相同的同轴度的基础上相焊接，燃气管8末端连接燃气接嘴13，取样头部1外形采用30°前缘楔形结构，样气接头101设有取样小孔1011，燃气从取样小孔1011进入样气接头101内。

所述的超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，所述样气接头101还包括扩张段1012和直通道1013，扩张段1012位于取样小孔1011与直通道1013之间。

所述的超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，样气接头101的直通道1013与燃气管8突扩搭接，燃气管8的内径大于直通道1013的内径。

所述的超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，取样小孔1011直径选取Φ1.50mm，扩张后直通道1013内径为Φ2.15mm，燃气管8内径φ4mm，使样气处于双重扩张降温。

超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，还包括水冷系统，所述水冷系统包括取样头部1的冷却通道和燃气管8外部的导流通道以及水管接头14，所述冷却通道连接导流通道，导流通道连接水管接头14。

所述的超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，水管接头14的水流通道截面积小于导流通道的最小截面积，必须保证冷却水系统的最小流通面积为15.32mm²，提供冷却水量至少0.096Kg/s。

所述的超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，取样头部1前缘后方有两个对称的侧面凹槽以抑制头部斜激波，所述侧面凹槽倾角为30°。

所述的超燃冲压发动机燃气分析高焓取样探针，还包括尾流板11，所述的尾流板11主要用于保证取样探针后端的流场品质，减小脱体激波对超音速流场的尾迹长度，提高流场品质。