用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其包括噴嘴盤(pán)、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點(diǎn)火器，噴嘴盤(pán)上設(shè)置有若干個(gè)用于向燃燒室內(nèi)噴射氫氣和富氧空氣的同軸射流噴嘴，所述燃燒室呈管狀，其兩端分別安裝有噴嘴盤(pán)和圓變方收縮管，圓變方收縮管的方口端安裝有噴管，所述燃燒室的靠近噴嘴盤(pán)的管壁上設(shè)置有點(diǎn)火器接嘴，點(diǎn)火器通過(guò)點(diǎn)火器接嘴與燃燒室連通，以向燃燒室噴入引火火焰，所述燃燒室、圓變方收縮管均為雙層管壁結(jié)構(gòu)，二者的兩層管壁間均有冷卻水循環(huán)通道，且二者的外層管壁上均設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，噴管上也設(shè)置有冷卻水循環(huán)通道及進(jìn)水口和出水口。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的空氣加熱裝置在持續(xù)時(shí)間等方面不夠理想的問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)是高超聲速吸氣式推進(jìn)技術(shù)的核心，在航空航天與國(guó)防領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。目前，超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)正經(jīng)歷著從實(shí)驗(yàn)室研究走向工程研制與飛行演示階段，這就需要超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)在地面進(jìn)行大量長(zhǎng)時(shí)間的演示實(shí)驗(yàn)。
[0003]目前，超聲速燃燒研究主要采用直聯(lián)式超燃模型發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)進(jìn)行，通常采用厚壁面金屬材料被動(dòng)冷卻方式冷卻機(jī)構(gòu)溫度，運(yùn)行時(shí)間較短，一般不超過(guò)10秒量級(jí)。
[0004]超聲速燃燒實(shí)驗(yàn)臺(tái)是進(jìn)行超聲速燃燒實(shí)驗(yàn)研究的基本工具。實(shí)驗(yàn)臺(tái)的能力和水平主要體現(xiàn)在空氣加熱裝置所能提供的總溫、總壓條件、持續(xù)時(shí)間、流量規(guī)模以及操作控制的準(zhǔn)確、可靠及自動(dòng)化程度；此外，要實(shí)現(xiàn)燃料與空氣混合時(shí)能發(fā)生自發(fā)點(diǎn)火，則燃燒室氣流馬赫數(shù)、靜壓、靜溫以及氣體的總溫和總壓都有一定范圍要求，而現(xiàn)有的空氣加熱裝置在持續(xù)時(shí)間等方面并不夠理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有的空氣加熱裝置在持續(xù)時(shí)間等方面不夠理想的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其包括噴嘴盤(pán)、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點(diǎn)火器，所述噴嘴盤(pán)上設(shè)置有若干個(gè)用于向燃燒室內(nèi)噴射氫氣和富氧空氣的同軸射流噴嘴，所述燃燒室呈管狀，其兩端分別安裝有噴嘴盤(pán)和圓變方收縮管，所述圓變方收縮管的方口端安裝有噴管，所述燃燒室的靠近噴嘴盤(pán)的管壁上設(shè)置有點(diǎn)火器接嘴，所述點(diǎn)火器通過(guò)點(diǎn)火器接嘴與燃燒室連通，以向燃燒室噴入引火火焰，所述燃燒室、圓變方收縮管均為雙層管壁結(jié)構(gòu)，二者的兩層管壁間均有冷卻水循環(huán)通道，且二者的外層管壁上均設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，所述噴管上也設(shè)置有冷卻水循環(huán)通道及進(jìn)水口和出水口。
[0008]為了保證氫氣與空氣的充分混合與高效燃燒，優(yōu)選地，所述燃燒室的長(zhǎng)度為無(wú)燃燒狀態(tài)下噴嘴盤(pán)上相鄰噴嘴湍流混合長(zhǎng)度的I?2倍。
[0009]優(yōu)選地，所述點(diǎn)火器包括進(jìn)氣盤(pán)、混合燃燒管和出焰段，所述進(jìn)氣盤(pán)和出焰段分別安裝在混合燃燒管的兩端，所述進(jìn)氣盤(pán)上設(shè)置有一個(gè)火花塞、五個(gè)進(jìn)空氣口和一個(gè)進(jìn)氫氣口，火花塞位于進(jìn)氣盤(pán)的中央，五個(gè)進(jìn)空氣口和一個(gè)進(jìn)氫氣口位于以火花塞為中心的同一個(gè)圓上，其中一個(gè)進(jìn)空氣口的尾孔中心線(xiàn)和一個(gè)進(jìn)氫氣口的尾孔中心線(xiàn)均與混合燃燒管的軸線(xiàn)成45°角，且該兩尾孔中心線(xiàn)相交，另外四個(gè)進(jìn)空氣口的尾孔中心線(xiàn)均與混合燃燒管的軸線(xiàn)成21°角，且該四尾孔中心線(xiàn)相交，所述出焰段呈喇叭形，其小端設(shè)置有出焰口，且該出焰口與燃燒室上的點(diǎn)火器接嘴連接。
[0010]優(yōu)選地，所述噴嘴盤(pán)、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點(diǎn)火器均由中國(guó)牌號(hào)為lCrl8Ni9C的不銹鋼材料制成。
[0011]為測(cè)定點(diǎn)火器內(nèi)的溫度和壓力，優(yōu)選地，所述出焰段上還設(shè)置有測(cè)溫口和測(cè)壓口。
[0012]為測(cè)定空氣加熱裝置內(nèi)的溫度和壓力，優(yōu)選地，所述圓變方收縮管的過(guò)渡段上還設(shè)置有測(cè)溫接嘴和測(cè)壓接嘴。
[0013]為縮短噴管長(zhǎng)度，減少氣流熱量損失，優(yōu)選地，所述噴管超聲速段型線(xiàn)采用Foelsch方法設(shè)計(jì)。
[0014]本發(fā)明的噴嘴盤(pán)采用同軸射流噴嘴向燃燒室噴氫氣和富氧空氣，其不僅可以冷卻噴口，同時(shí)形成的火焰與壁面有一段距離，能夠有效降低壁面熱流量；燃燒室、圓變方收縮管和噴管的循環(huán)水主動(dòng)冷卻結(jié)構(gòu)的冷卻效果能夠滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間的超聲速燃燒地面試驗(yàn)；空氣加熱裝置總溫總壓容易調(diào)節(jié)，流量規(guī)模容易擴(kuò)大，點(diǎn)火啟動(dòng)可靠，燃燒完全，流場(chǎng)穩(wěn)定，熱損失少，解決了現(xiàn)有的空氣加熱裝置在持續(xù)時(shí)間等方面不夠理想的問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是圖1所示的噴嘴盤(pán)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3是圖2所示同軸射流噴嘴的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是圖1所示的燃燒室的示意圖；
[0019]圖5是圖1所示的圓變方收縮管的示意圖；
[0020]圖6是圖1所示的噴管的示意圖；
[0021]圖7是圖1所示的點(diǎn)火器的示意圖；
[0022]圖中:1、噴嘴盤(pán)；11、同軸射流噴嘴；111、噴嘴中心；112、環(huán)形通道；2、燃燒室；21、點(diǎn)火器接嘴；3、圓變方收縮管；31、測(cè)溫接嘴；32、測(cè)壓接嘴；4、噴管；5、點(diǎn)火器；51、進(jìn)氣盤(pán)；510、火花塞；511、進(jìn)空氣口 ；512、進(jìn)氫氣口 ；52、混合燃燒管；53、出焰段；530、出焰口 ；531、測(cè)溫口 ；532、測(cè)壓口。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互任意組合。
[0024]如圖1所示，本實(shí)施例的用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置包括噴嘴盤(pán)1、燃燒室2、圓變方收縮管3、噴管4和點(diǎn)火器5，所述噴嘴盤(pán)上設(shè)置有若干個(gè)用于向燃燒室內(nèi)噴射氫氣和富氧空氣的同軸射流噴嘴，燃燒室2呈管狀，其兩端分別安裝有噴嘴盤(pán)I和圓變方收縮管3，圓變方收縮管3的方口端安裝有噴管4，燃燒室2的靠近噴嘴盤(pán)I的管壁上設(shè)置有點(diǎn)火器接嘴21，點(diǎn)火器5通過(guò)點(diǎn)火器接嘴21與燃燒室2連通，以向燃燒室2噴入引火火焰，燃燒室2和圓變方收縮管3均為雙層管壁結(jié)構(gòu)，二者的兩層管壁間均有冷卻水循環(huán)通道，且二者的外層管壁上均設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，噴管4上也設(shè)置有冷卻水循環(huán)通道及進(jìn)水口和出水口，燃燒室2、圓變方收縮管3和噴管4均采用循環(huán)水主動(dòng)冷卻。
[0025]空氣加熱裝置采用“燒氫補(bǔ)氧”的方式加熱，以使合成氣流中的氧氣的含量和正?？諝庀喈?dāng)。點(diǎn)火方式采用小火引大火。根據(jù)模擬飛行馬赫數(shù)6?7以及冷卻損失的要求，空氣加熱裝置的技術(shù)指標(biāo)設(shè)定為:最高總溫T = 2200K，最高總壓P = 5MPa，最大流量2kg/
S。米用CEA (chemical equilibrium with application)軟件計(jì)算,可以得到各種設(shè)計(jì)總溫下氫空氣燃燒氣體的組分及參數(shù)，如表1所示。從表中可知，對(duì)于T = 2200K，燃燒后空氣成份摩爾數(shù)比例為N2:02 = H2O = 47:20.9:29.5，平均分子量μ = 26，氣體常數(shù)R = 320。
[0026]表1氫空氣燃燒參數(shù)表(2kg/s流量)
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:包括噴嘴盤(pán)、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點(diǎn)火器，所述噴嘴盤(pán)上設(shè)置有若干個(gè)用于向燃燒室內(nèi)噴射氫氣和富氧空氣的同軸射流噴嘴，所述燃燒室呈管狀，其兩端分別安裝有噴嘴盤(pán)和圓變方收縮管，所述圓變方收縮管的方口端安裝有噴管，所述燃燒室的靠近噴嘴盤(pán)的管壁上設(shè)置有點(diǎn)火器接嘴，所述點(diǎn)火器通過(guò)點(diǎn)火器接嘴與燃燒室連通，以向燃燒室噴入引火火焰，所述燃燒室、圓變方收縮管均為雙層管壁結(jié)構(gòu)，二者的兩層管壁間均有冷卻水循環(huán)通道，且二者的外層管壁上均設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，所述噴管上也設(shè)置有冷卻水循環(huán)通道及進(jìn)水口和出水口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述點(diǎn)火器包括進(jìn)氣盤(pán)、混合燃燒管和出焰段，所述進(jìn)氣盤(pán)和出焰段分別安裝在混合燃燒管的兩端，所述進(jìn)氣盤(pán)上設(shè)置有一個(gè)火花塞、五個(gè)進(jìn)空氣口和一個(gè)進(jìn)氫氣口，火花塞位于進(jìn)氣盤(pán)的中央，五個(gè)進(jìn)空氣口和一個(gè)進(jìn)氫氣口位于以火花塞為中心的同一個(gè)圓上，其中一個(gè)進(jìn)空氣口的尾孔中心線(xiàn)和一個(gè)進(jìn)氫氣口的尾孔中心線(xiàn)均與混合燃燒管的軸線(xiàn)成45°角，且該兩尾孔中心線(xiàn)相交，另外四個(gè)進(jìn)空氣口的尾孔中心線(xiàn)均與混合燃燒管的軸線(xiàn)成21°角，且該四尾孔中心線(xiàn)相交，所述出焰段呈喇叭形，其小端設(shè)置有出焰口，且該出焰口與燃燒室上的點(diǎn)火器接嘴連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述燃燒室的長(zhǎng)度為無(wú)燃燒狀態(tài)下噴嘴盤(pán)上相鄰噴嘴湍流混合長(zhǎng)度的I?2倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述噴嘴盤(pán)、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點(diǎn)火器均由中國(guó)牌號(hào)為lCrl8Ni9C的不銹鋼材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述出焰段上還設(shè)置有測(cè)溫口和測(cè)壓口。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述圓變方收縮管的過(guò)渡段上還設(shè)置有測(cè)溫接嘴和測(cè)壓接嘴。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于長(zhǎng)時(shí)間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述噴管超聲速段型線(xiàn)采用Foelsch方法設(shè)計(jì)。
【文檔編號(hào)】G01M15/02GK103743571SQ201310688119
【公開(kāi)日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】王晶, 袁濤, 孟令瑾, 李英, 范學(xué)軍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所