[发明专利]一种发动机试车台用单股高温热气与冷空气的掺混装置

说明书

本发明公开了一种发动机试车台用单股高温热气与冷空气的掺混装置，其包括同轴线配置的冷空气腔体、掺混段内腔体和稳流段，掺混段内腔体由扩张段、等直段和收缩段依次相连而成，其位于扩张段的端部设置有高温热气进气口，另一端与稳流段相连；冷空气腔体通过外壳体密封包裹住掺混段内腔体而构成，在外壳体上设置有多个冷空气进气口；在扩张段上设置有多个冷空气稳流孔、在等直段上设置有多个冷空气掺混孔、在收缩段上设置有多个使冷空气逆气流吹入的冷空气吹离孔；在稳流段靠近出口的侧壁上设置有多个调压排气孔，与调压排气孔连接的调压管道上设置有调压阀。本发明能够满足3～10kg/s新型发动机试车台的低温度损失和气流均匀试验需求。

技术领域

本发明涉及一种发动机试车台用单股高温热气与冷空气的掺混装置。

背景技术

随着高超声速飞行器技术发展，超燃发动机作为首要待解决关键技术，新的发动机试车技术需要具有更为接近纯洁空气试验介质能力的试车台，用以尽力消除燃烧产物对发动机测试数据的影响，或避免出现错误的发动机测试结果。该类试车台一般采用两级加热方式，第一级采用纯净空气加热器，第二级一般采用燃烧加热器补氧气方式，从而获得更接近纯洁空气的试验介质，即较低燃烧产物质量占比的试验气流，并通过掺混装置，准确控制气流温度并使气流均匀，满足不同流量要求发动机试验要求。

相对于常规发动机试车台，新的发动机试车台要求试验介质中燃烧产物质量占比足够低，则加热后高温试验介质经过掺混装置的温度损失必须足够小。在第一级纯洁空气加热器的空气加热能力有限情况下，一般低于700℃，如果加热器后掺混装置温度损失增大，只能通过提高第二级燃烧加热器的加热能力，提高加热器出口气流温度，才能克服掺混装置后增大的气流温度损失，获得满足发动机试验要求的试验气流；同时，提高第二级燃烧加热器的加热能力，需要更多燃料的燃烧，释放更多的热能，导致试验气流中燃烧产物质量占比提高。因此，新的发动机试车需要低温度损失的气流掺混装置。

新型发动机试车台为控制燃烧产物占比在较低水平，两级加热器加热后的试验气流温度低于1150℃，经过掺混装置后的试验气流不低于1000℃，因此，新的掺混装置需同时满足低温度损失要求和气流均匀要求。

在新型发动机试车台中，小型发动机试车台是进行发动机局部试件试验的必需设备。其试验气流的流量和总能量较小，通过单套两级加热器得到单股高温试验气流，并通过掺混少量冷空气，准确控制试验气流温度，并使气流均匀，满足3～10kg/s新型发动机试车台设计需求。

现有技术的不足：

a.文献《一种高温燃气掺混装置》中掺混装置是常规发动机试车台装置,此类试车台是通过一级燃烧加热器获取高温燃气并补充氧气，获得高温燃气，之后经过掺混器掺混冷空气，获得满足要求的试验介质。掺混装置来流燃烧气流温度高达1000～1600℃量级，需求试验气流温度仅为600℃量级，可掺混冷空气的质量占比很高，且掺混装置的冷却隔热方式未进行特定设计，经过后气流温度损失大。如应用于新型发动机试车台，随着冷气流量占比降低，冷空气掺混段防热结构必不能满足使用要求。

b.文献《高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置》中掺混装置是常规发动机试车台装置，可实现流量5～20kg/s的1800K量级高温燃气和流量3～50kg/s的冷空气掺混，其中冷气质量占比高，总体温度损失大，不能满足新型试车台使用要求。其壁面防热方式主要通过冷气直接防热结构。如应用于新型发动机试车台，随着冷气流量占比降低，冷空气掺混段必不能满足使用要求。

c.在常规燃气流发动机试车台掺混装置中，掺混段通常采用高冷空气形成气膜冷却防热或采用水冷防热，气流均匀段采用水冷结构防热，此类结构的高温气流温度损失高，不能满足3～10kg/s新型发动机试车台的低温度损失试验需求。

发明内容

本发明的发动机试车台用单股高温热气与冷空气的掺混装置，通过特定的掺混构型设计，降低掺混装置内试验气流温度损失，满足3～10kg/新型发动机试车台的低温度损失要求和气流均匀要求，且同时满足不同流量发动机局部试验件的试验需求。