[发明专利]一种高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置及方法

说明书

本发明提供一种高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置及方法，解决现有掺混结构设计不合理、自身热防护不到位，造成掺混结构局部烧蚀，甚至发动机结构损伤问题。装置包括壳体、内筒、入口法兰、出口法兰、插管单元、旋流器和喷注板；入口法兰、出口法兰、内筒外壁和壳体内壁之间形成密闭的空气腔；壳体入口侧设有与空气腔连通的第一空气入口；插管单元、旋流器和喷注板沿内筒轴向依次设置在内筒上；插管单元包括沿内筒轴向依次设置的多个管道组，每个管道组包括沿内筒圆周方向均布的多个直流管道；每个直流管道上开设多个冷却孔；多个管道组的直流管道轴向长度由入口法兰向出口法兰方向依次增加；喷注板上开设多个与内筒轴线平行的直流孔。

技术领域

本发明属于冲压发动机地面试验领域，具体涉及一种低总温(低于1000K)冲压发动机地面直连试验和自由射流试验来流模拟系统中,高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置及方法，用于调节高温燃气的总温和总流量。

背景技术

飞行中的冲压发动机，从大气中吸取空气作为工质，它的内流和外流工作状况由一定飞行高度的大气参数：静压、静温和飞行速度决定。根据飞行中的参数结合进气道临界喉道几何尺寸可以计算得到，在地面试验过程中发动机进气道入口所需的总温、总压、总流量等参数。

地面试验过程中通常采用氧化剂、燃料燃烧加热空气，生成发动机进气道所需的来流参数，根据发动机的飞行弹道策划地面试验的模拟参数，一般情况Ma4以下的试验总温低于1000K，直接生成该温度的燃气流量大、压力高，不利于试验设备的设计，设备的使用范围受到压缩。通常采用核心燃气流和冷空气掺混形成发动机试验所需来流，核心燃气流总温一般为1500K～1700K，根据发动机弹道点参数(总温、总压、总流量)计算掺混冷空气的流量和压力，系统供应调节范围宽、参数调整灵活，便于试验台使用、维护。

冷空气掺混结构位于核心高温燃气流下游，易受高温燃气流的作用，通常需要进行必要的热防护，还需保证掺混均匀。现有掺混结构设计不合理、自身热防护不到位，造成掺混结构的局部烧蚀，进而出现掺混结构因高温烧蚀构件脱落，甚至会随着气流进入下游发动机入口，造成发动机结构的损伤，因此高效掺混结构对于冲压发动机试验台可靠、稳定运行至关重要。

发明内容

为了解决现有掺混结构设计不合理、自身热防护不到位，造成掺混结构局部烧蚀，甚至掺混结构因高温烧蚀构件脱落随着气流进入下游发动机入口，造成发动机结构损伤的技术问题，本发明提供了一种高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种高温燃气的冷空气插入式旋流掺混装置，其特殊之处在于：包括壳体、内筒、入口法兰、出口法兰、插管单元、旋流器和喷注板；

所述壳体同轴设置在内筒外侧，入口法兰、出口法兰分别设置在壳体两端，入口法兰、出口法兰、内筒外壁和壳体内壁之间形成密闭的空气腔；

所述壳体入口侧设有与空气腔连通的第一空气入口；

所述插管单元、旋流器和喷注板沿内筒轴向依次设置在内筒上，且喷注板靠近出口法兰侧设置；

所述插管单元包括沿内筒轴向依次设置的多个管道组，每个管道组包括沿内筒圆周方向均布的多个直流管道，直流管道的一端设置在内筒内壁上，且与空气腔连通，另一端沿内筒径向伸向内筒中心，每个直流管道的另一端端面为面向高温燃气来流方向的斜面；每个直流管道上开设多个冷却孔；

多个管道组的直流管道轴向长度由入口法兰向出口法兰方向依次增加；

所述喷注板上开设多个与内筒轴线平行的直流孔。

进一步地，所述管道组的数量为3。

进一步地，3个管道组分别为沿内筒轴向等间隔设置的第一管道组、第二管道组、第三管道组，且第三管道组靠近旋流器设置；