本發(fā)明涉及一種用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室，尤其是一種用于超音速發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室。

背景技術(shù)：

當在地面模擬超音速發(fā)動機高空飛行狀態(tài)時，通常先將發(fā)動機安裝在高空模擬艙內(nèi)，使用抽氣設(shè)備對高空艙進行抽氣使得高空模擬艙內(nèi)的壓力與發(fā)動機高空飛行時所處高度的環(huán)境壓力相同，再進行發(fā)動機點火，進行高空飛行模擬試驗，在試驗過程中要始終保持高空模擬艙內(nèi)的壓力與發(fā)動機高空飛行時所處高度的環(huán)境壓力相同，這就需要即時將超音速發(fā)動機排出的氣體排出高空模擬艙，現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用引射器或真空罐進行抽氣，而高空模擬艙外的壓力通常為0.11MPa，而超音速發(fā)動機飛行高度的環(huán)境壓力則僅為大氣壓力的0.1倍，甚至0.01倍，排氣系統(tǒng)的增壓比要達到10到100，對應(yīng)的排氣系統(tǒng)進口的流量每秒則高達十幾千克甚至上百千克，這樣大的增壓比和被引射流量，僅靠引射器的增壓，必須三到四級串聯(lián)，如果采用真空罐，則真空罐的體積要高達上萬立方米，由此可見，無論單獨采用引射器或真空罐作為抽氣設(shè)備，均需要龐大的結(jié)構(gòu)，不僅效率低下，費用也十分昂貴；其次，發(fā)動機試車臺通常需對多種發(fā)動機進行高空飛行模擬，而不同的發(fā)動機，發(fā)動機的尺寸、發(fā)動機尾噴管尺寸、發(fā)動機出口流量均不同，使用一套抽氣設(shè)備，無法滿足多種發(fā)動機的試驗要求；此外，高空飛行的發(fā)動機所排出的氣體為高溫氣體，其溫度通常在350℃以上，當發(fā)動機排出的高溫氣體在金屬管道內(nèi)部流動時，由于金屬熱脹冷縮的屬性，管道會發(fā)生軸向膨脹，當高溫介質(zhì)流動過后，隨著金屬管道恢復(fù)常溫，金屬管道會縮短為原有長度，現(xiàn)有管道支架無法吸收金屬管道由于熱脹冷縮而引起的軸向長度變化，進而導(dǎo)致管道支架變形甚至斷裂，同時管道與高空模擬艙固定連接處也會發(fā)生變形甚至斷裂。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供了一種超音速發(fā)動機尾噴管排氣模擬試驗的排氣裝置以滿足不同超音速發(fā)動機在地面模擬高空飛行狀態(tài)的試驗要求。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室，包括固定大尾室和可更換小尾室，按照發(fā)動機尾噴管出口排氣流動方向，所述固定大尾室包括同軸依次通過法蘭固定連接的尾室收斂段，尾室等直段和尾室擴張段，所述可更換小尾室包括同軸固定連接的小尾室法蘭和小尾室筒體，所述小尾室筒體與所述尾室收斂段同軸的設(shè)置在所述尾室收斂段內(nèi)，所述小尾室法蘭和所述尾室收斂段入口的法蘭連接；所述固定大尾室與設(shè)置在高空模擬艙內(nèi)的尾室支架固定連接，所述尾室等直段出口法蘭與膨脹波紋管一端的法蘭連接，所述膨脹波紋管的另一端與高空模擬艙固定連接；所述尾室收斂段、尾室等直段、尾室擴張段和可更換小尾室均為中空回轉(zhuǎn)體；具有發(fā)動機尾噴管的發(fā)動機和所述尾室收斂段設(shè)置在高空模擬艙內(nèi)，所述尾室擴張段設(shè)置在高空模擬艙外，所述發(fā)動機為超音速發(fā)動機；所述尾室收斂段，尾室等直段和尾室擴張段均設(shè)有循環(huán)冷卻水裝置和冷卻水噴水裝置。

進一步的，所述尾室收斂段包括尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)，尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)，尾室收斂段循環(huán)水環(huán)，尾室收斂段噴水環(huán)，尾室收斂段內(nèi)筒，尾室收斂段外筒；所述尾室收斂段內(nèi)筒和尾室收斂段外筒之間通過軸向設(shè)置的尾室收斂段鋼筋固定連接，所述尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)一端與尾室收斂段出口的法蘭固定連接，另一端與尾室收斂段外筒固定連接，所述尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)一端與尾室收斂段進口的法蘭固定連接，另一端與尾室收斂段外筒固定連接，所述尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)和尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)之間設(shè)置有尾室收斂段循環(huán)水環(huán)和尾室收斂段噴水環(huán)，所述尾室收斂段循環(huán)水環(huán)和尾室收斂段噴水環(huán)在軸向上依次交替設(shè)置，所述尾室收斂段噴水環(huán)內(nèi)設(shè)置有噴嘴，所述噴嘴依次穿過尾室收斂段外筒和所述尾室收斂段內(nèi)筒，所述尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)和尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)所在的圓周上，尾室收斂段外筒分別設(shè)置有循環(huán)水進水孔和循環(huán)水排水孔，循環(huán)水通過所述循環(huán)水進水孔進入所述尾室收斂段內(nèi)筒和尾室收斂段外筒之間的夾層并通過夾層在尾室收斂段循環(huán)水環(huán)流動后進入尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)并通過所述循環(huán)水排水孔排出；所述尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)，尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)上設(shè)置有循環(huán)水管接頭，所述尾室收斂段噴水環(huán)上設(shè)置有冷卻噴水管接頭。

進一步的，所述尾室等直段包括尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)，尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)，尾室等直段循環(huán)水環(huán)，尾室等直段噴水環(huán)，尾室等直段內(nèi)筒，尾室等直段外筒；所述尾室等直段內(nèi)筒和尾室等直段外筒之間通過軸向設(shè)置的尾室等直段鋼筋固定連接，所述尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)一端與尾室等直段進口的法蘭固定連接，另一端與尾室等直段外筒固定連接，所述尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)一端與尾室等直段出口的法蘭固定連接，另一端與尾室等直段外筒固定連接，所述尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)和尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)之間設(shè)置有尾室等直段循環(huán)水環(huán)和尾室等直段噴水環(huán)，所述尾室等直段循環(huán)水環(huán)和尾室等直段噴水環(huán)在軸向上依次交替設(shè)置，所述尾室等直段噴水環(huán)內(nèi)設(shè)置有噴嘴，所述噴嘴依次穿過尾室等直段外筒和所述尾室等直段內(nèi)筒，所述尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)和尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)所在的圓周上，尾室等直段外筒分別設(shè)置有循環(huán)水進水孔和循環(huán)水排水孔，循環(huán)水通過所述循環(huán)水進水孔進入所述尾室等直段內(nèi)筒和尾室等直段外筒之間的夾層并通過夾層在尾室等直段循環(huán)水環(huán)流動后進入尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)并通過所述循環(huán)水排水孔排出；所述尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)，尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)上設(shè)置有循環(huán)水管接頭，所述尾室等直段噴水環(huán)上設(shè)置有冷卻噴水管接頭。

進一步的，所述尾室擴張段包括尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)，尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)，尾室擴張段循環(huán)水環(huán)，尾室擴張段噴水環(huán)，尾室擴張段內(nèi)筒，尾室擴張段外筒；所述尾室擴張段內(nèi)筒和尾室擴張段外筒之間通過軸向設(shè)置的尾室擴張段鋼筋固定連接，所述尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)一端與尾室擴張段進口的法蘭固定連接，另一端與尾室擴張段外筒固定連接，所述尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)一端與尾室擴張段出口的法蘭固定連接，另一端與尾室擴張段外筒固定連接，所述尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)和尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)之間設(shè)置有尾室擴張段循環(huán)水環(huán)和尾室擴張段噴水環(huán)，所述尾室擴張段循環(huán)水環(huán)和尾室擴張段噴水環(huán)在軸向上依次交替設(shè)置，所述尾室擴張段噴水環(huán)內(nèi)設(shè)置有噴嘴，所述噴嘴依次穿過尾室擴張段外筒和所述尾室擴張段內(nèi)筒，所述尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)和尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)所在的圓周上，尾室擴張段外筒分別設(shè)置有循環(huán)水進水孔和循環(huán)水排水孔，循環(huán)水通過所述循環(huán)水進水孔進入所述尾室擴張段內(nèi)筒和尾室擴張段外筒之間的夾層并通過夾層在尾室擴張段循環(huán)水環(huán)流動后進入尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)并通過所述循環(huán)水排水孔排出；所述尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)，尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)上設(shè)置有循環(huán)水管接頭，所述尾室擴張段噴水環(huán)上設(shè)置有冷卻噴水管接頭。

進一步的，所述噴嘴包括噴嘴體，噴嘴內(nèi)蓋板，筒體；所述噴嘴體包括噴嘴外蓋板，噴嘴圓環(huán)，離心進液孔，噴嘴孔，過渡錐孔，所述噴嘴外蓋板為圓柱體，所述噴嘴外蓋板與所述噴嘴圓環(huán)一端面同軸固定連接，沿固定連接的噴嘴外蓋板和噴嘴圓環(huán)的中軸線，噴嘴圓環(huán)到噴嘴外蓋板方向上，所述噴嘴外蓋板內(nèi)依次設(shè)置有過渡錐孔和噴嘴孔，所述過渡錐孔一端直徑與噴嘴孔直徑相同，另一端直徑與噴嘴圓環(huán)的內(nèi)徑相同；所述噴嘴圓環(huán)的側(cè)壁設(shè)置有離心進液孔；所述噴嘴內(nèi)蓋板為圓柱體，所述噴嘴內(nèi)蓋板中心設(shè)有直流進液孔，所述直流進液孔與所述噴嘴孔同軸，所述噴嘴內(nèi)蓋板與所述噴嘴圓環(huán)另一端面同軸固定連接，所述直流進液孔的直徑小于所述噴嘴孔的直徑；所述噴嘴體和噴嘴內(nèi)蓋板設(shè)置在所述筒體內(nèi)，所述噴嘴外蓋板與所述筒體一端同軸固定連接。

進一步的，所述尾室支架包括尾室支架固定架，尾室支架托架，尾室支架導(dǎo)向座，尾室支架底板，尾室支架上滾輪導(dǎo)向板，尾室支架下滾輪導(dǎo)向板，尾室支架滾輪組件，尾室支架固定支架；所述尾室支架固定架與所述尾室支架托架固定連接，所述尾室支架固定架設(shè)置有與所述尾室等直段入口的法蘭孔相對應(yīng)的通孔；所述固定連接的尾室支架固定架和尾室支架托架下端與尾室支架底板固定連接，所述尾室支架底板上表面固定設(shè)置有尾室支架導(dǎo)向座，所述尾室支架導(dǎo)向座為2個，每個所述尾室支架導(dǎo)向座上設(shè)置有銷孔，定位銷分別穿過2個所述尾室支架導(dǎo)向座上的銷孔將2個所述尾室支架導(dǎo)向座連接；所述尾室支架底板下表面設(shè)置有尾室支架上滾輪導(dǎo)向板，所述尾室支架固定支架下部固定設(shè)置在高空模擬艙內(nèi)，所述尾室支架固定支架上表面與所述尾室支架下滾輪導(dǎo)向板下表面固定連接；所述尾室支架滾輪組件設(shè)置在所述尾室支架上滾輪導(dǎo)向板和所述尾室支架下滾輪導(dǎo)向板之間，所述尾室支架滾輪組件包括尾室支架滾輪和尾室支架框架，所述尾室支架滾輪設(shè)置在尾室支架框架內(nèi)，所述固定連接的尾室支架固定架和尾室支架托架與所述尾室支架底板之間設(shè)置有尾室支架加強筋。

進一步的，所述尾室收斂段入口的直徑為D_w，收斂角為α_wr；所述尾室等直段的直徑D_wkp，長度為L_wkp；所述尾室擴張段出口的直徑為D_wc，擴張角為α_wc；所述D_w，D_wkp，L_wkp滿足下列方程組：

$M_w={\[\frac{2}{k-1}(\mathrm{\π}{\left(M_w\right)}^{\frac{-(k-1)}{k}}-1)\]}^{0.5}---\left(1\right);$

$\mathrm{\π}\left(M_w\right)=\frac{P_w}{P_{t5}}---\left(2\right);$

$D_w={\[{(1+\frac{k-1}{2}{M}_W^2)}^{\frac{k-1}{2(k-1)}}/0.5M_w{(k+1)}^{\frac{(k+1)}{2(k-1)}}\]}^{0.5}{d}_{4kp}---\left(3\right);$

${\stackrel{\‾}{P}}_{tws}={\[\frac{(k+1)M_W^2}{(k-1)M_w^2+2}\]}^{\frac{k}{k-1}}{\[\frac{k+1}{2{\mathrm{kM}}_w^2-k+1}\]}^{\frac{1}{k-1}}---\left(4\right);$

$q\left(M_w\right)=\frac{M_W{\left(0.5\right(k+1\left)\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}{{(1+0.5(k-1\left){M_W}^2\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}---\left(5\right);$

$D_{wkp}=d_{4kp}{\left(\frac{q\left(M_w\right)}{{\stackrel{\‾}{p}}_{tws}}\right)}^{0.5}---\left(6\right);$

L_wkp＝4D_wkp (7)；

上述方程組中：M_w：尾室收斂段入口馬赫數(shù)；k：比熱比；π(M_w)：尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓與總壓比值；P_w：尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓，單位為pa；P_t5：尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓，單位為pa；D_w：尾室收斂段入口的直徑，單位為mm；d_4kp：發(fā)動機喉道直徑，單位為mm；尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的正激波后與正激波前的總壓比；q(M_w)：尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的速度系數(shù)；D_wkp：尾室等直段的直徑，單位為mm；L_wkp：尾室等直段的長度，單位為mm；

其中，尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓與超音速發(fā)動機高空飛行時真實的環(huán)境壓力相同，尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓與超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管的出口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓相同，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)大于1，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓，超音速發(fā)動機高空飛行時真實的環(huán)境壓力，比熱比以及發(fā)動機喉道直徑為超音速發(fā)動機固有的已知參數(shù)，上述方程組中的參數(shù)：M_w，k，π(M_w)，P_w，P_t5，W_w，d_4kp，q(M_w)，D_wkp，L_wkp均為發(fā)動機試車臺中所有試驗的發(fā)動機中，發(fā)動機尾噴管出口流量最大的發(fā)動機對應(yīng)的參數(shù)。

進一步的，所述收斂角滿足：0＜α_wr≤12°；所述擴張角滿足0＜α_wc≤12°。

進一步的，所述可更換小尾室的直徑為D_wx，所述D_wx滿足下列方程組：

$M_{wx}={\[\frac{2}{k-1}(\mathrm{\π}{\left(M_{wx}\right)}^{\frac{-(k-1)}{k}}-1)\]}^{0.5}---\left(8\right);$

$\mathrm{\π}\left(M_{wx}\right)=\frac{P_{wx}}{P_{t5x}}---\left(9\right);$

$D_{wx}={\[{(1+\frac{k-1}{2}{M}_{Wx}^2)}^{\frac{k-1}{2(k-1)}}/0.5M_{wx}{(k+1)}^{\frac{(k+1)}{2(k-1)}}\]}^{0.5}{d}_{4kpx}---\left(10\right);$

上述方程組中：M_wx：可更換小尾室入口馬赫數(shù)；π(M_wx)：可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓與總壓比值；P_wx：可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓，單位為pa；P_t5x：可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓，單位為pa；D_wx：可更換小尾室入口直徑，單位為mm；d_4kpx：發(fā)動機試車臺中所有試驗的發(fā)動機中，除發(fā)動機尾噴管出口流量最大的發(fā)動機以外的發(fā)動機的發(fā)動機喉道直徑，單位為mm；

其中，可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓與超音速發(fā)動機高空飛行時真實的環(huán)境壓力相同，可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓與超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管的出口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓相同，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)大于1，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓，超音速發(fā)動機高空飛行時真實的環(huán)境壓力，比熱比以及發(fā)動機試車臺中所有試驗的發(fā)動機中，除發(fā)動機尾噴管出口流量最大的發(fā)動機以外的發(fā)動機的發(fā)動機喉道直徑為超音速發(fā)動機固有的已知參數(shù)，上述方程組中的參數(shù)：M_wx，π(M_wx)，P_wx，P_t5x，D_wx，d_4kpx，均為發(fā)動機試車臺中所有試驗的發(fā)動機中，除發(fā)動機尾噴管出口流量最大的發(fā)動機以外的超音速發(fā)動機對應(yīng)的參數(shù)。

進一步的，所述尾室擴張段的出口連接引射器或真空罐。

設(shè)置本發(fā)明所述的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室后，當發(fā)動機出口流量最大的試驗發(fā)動機進行試驗時，發(fā)動機尾噴管出口排出的超音速氣流進入到尾室收斂段，通過拉瓦爾噴管形裝的尾室結(jié)構(gòu)，通過一系列的激波作用，最終降為亞音速，尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的正激波后的總壓P_tw，尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的高空模擬艙的靜壓P_W以及尾室的增壓比滿足公式(11)-(13)；

$P_{tw}={\stackrel{\‾}{P}}_{tws}{P}_{t5}---\left(11\right)$

$P_W=P_{t5}{(1+\frac{k-1}{2}{\mathrm{Mw}}^2)}^{\frac{-K}{(k-1)}}---\left(12\right)$

${\stackrel{\‾}{P}}_{tww}=\frac{P_{tw}}{P_W}---\left(13\right);$

當除發(fā)動機出口流量最大的試驗發(fā)動機以外的試驗發(fā)動機進行試驗時，發(fā)動機尾噴管出口排出的超音速氣流進入到對應(yīng)的可更換小尾室中，通過類拉瓦爾噴管形狀的尾室結(jié)構(gòu)，通過一系列的激波作用，最終降為亞音速可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的正激波后的總壓P_twx，可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的高空模擬艙的靜壓P_Wx以及尾室的增壓比滿足公式(14)-(17)；

${\stackrel{\‾}{P}}_{twsx}={\[\frac{(k+1)M_{wx}^2}{(k-1)M_{wx}^2+2}\]}^{\frac{k}{k-1}}{\[\frac{k+1}{2{\mathrm{kM}}_{wx}^2-k+1}\]}^{\frac{1}{k-1}}---\left(14\right);$

$P_{twx}={\stackrel{\‾}{P}}_{twsx}{P}_{t5x}---\left(15\right)$

$P_{Wx}=P_{t5x}{(1+\frac{k-1}{2}{M_{wx}}^2)}^{\frac{-K}{(k-1)}}---\left(16\right)$

${\stackrel{\‾}{P}}_{twwx}=\frac{P_{twx}}{P_{Wx}}---\left(17\right);$

其中，為可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的正激波后與正激波前的總壓比。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室具有以下有益技術(shù)效果：

(1)通過類拉瓦爾噴管形狀的尾室模擬技術(shù)，在系列激波作用下，將發(fā)動機尾噴管的動能有效地滯止下來，大于1的增壓比提高后續(xù)抽氣設(shè)備被動流進口靜壓，降低后續(xù)抽氣設(shè)備所需增壓比，進而減少了后續(xù)抽氣設(shè)備的引射器級數(shù)或真空罐的體積，降低了成本；

(2)設(shè)置可更換小尾室結(jié)構(gòu)，一種發(fā)動機尾噴管尺寸的發(fā)動機對應(yīng)一種更換小尾室，滿足了多種尺寸發(fā)動機試驗的需求；

(3)本發(fā)明采用循環(huán)冷卻和噴水冷卻相結(jié)合的方式，提高了冷卻效率；同時，本發(fā)明所采用的噴嘴，通過設(shè)置與噴嘴孔噴同軸的直流進液孔以及噴嘴圓環(huán)的側(cè)壁的離心進液孔，形成了具有中心長距離，周圍短距離的大覆蓋面積的冷卻液，提高了冷卻效率。

(4)通過設(shè)置尾室活動支架和膨脹波紋管，吸收金屬管道由于熱脹冷縮而引起的軸向長度變化。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步描述。

圖1為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的外部結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1中沿A-A的剖視圖。

圖4為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的尾室收斂段的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為圖4中A部的放大視圖。

圖6為圖4中B部的放大視圖。

圖7為圖4中沿B-B的剖視圖。

圖8為圖7中C部的放大視圖。

圖9為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的尾室等直段的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖10為圖9中D部的放大視圖。

圖11為圖9中E部的放大視圖。

圖12為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的尾室擴張段的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13為圖12中F部的放大視圖。

圖14為圖12中G部的放大視圖。

圖15為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的可更換小尾室的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖16為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的噴嘴的立體圖。

圖17為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的噴嘴的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

圖18為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室噴嘴的噴嘴體的示意圖。

圖19為圖18中沿A-A的剖視圖。

圖20為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的尾室活動支架的主視圖。

圖21為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的尾室活動支架的左視圖。

圖22為本發(fā)明的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室的尾室活動支架的尾室滾輪組件示意圖。

具體實施方式

參見圖1-22，一種用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室，包括固定大尾室和可更換小尾室50，按照發(fā)動機尾噴管3出口排氣流動方向，所述固定大尾室包括同軸依次通過法蘭固定連接的尾室收斂段20，尾室等直段30和尾室擴張段40，所述可更換小尾室50包括同軸固定連接的小尾室法蘭52和小尾室筒體51，所述小尾室筒體51與所述尾室收斂段20同軸的設(shè)置在所述尾室收斂段20內(nèi)，所述小尾室法蘭52和所述尾室收斂段20入口的法蘭連接；所述固定大尾室與設(shè)置在高空模擬艙1內(nèi)的尾室支架70固定連接，所述尾室等直段30出口法蘭與膨脹波紋管4一端的法蘭連接，所述膨脹波紋管4的另一端與高空模擬艙1固定連接；所述尾室收斂段20、尾室等直段30、尾室擴張段40和可更換小尾室50均為中空回轉(zhuǎn)體；具有發(fā)動機尾噴管3的發(fā)動機2和所述尾室收斂段20設(shè)置在高空模擬艙1內(nèi)，所述尾室擴張段40設(shè)置在高空模擬艙1外，所述發(fā)動機2為超音速發(fā)動機；所述尾室收斂段20，尾室等直段30和尾室擴張段40均設(shè)有循環(huán)冷卻水裝置和冷卻水噴水裝置。

優(yōu)選的，所述尾室收斂段20包括尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)21，尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)22，尾室收斂段循環(huán)水環(huán)23，尾室收斂段噴水環(huán)24，尾室收斂段內(nèi)筒25，尾室收斂段外筒26；所述尾室收斂段內(nèi)筒25和尾室收斂段外筒26之間通過軸向設(shè)置的尾室收斂段鋼筋27固定連接，所述尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)21一端與尾室收斂段20出口的法蘭固定連接，另一端與尾室收斂段外筒26固定連接，所述尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)22一端與尾室收斂段20進口的法蘭固定連接，另一端與尾室收斂段外筒26固定連接，所述尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)21和尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)22之間設(shè)置有尾室收斂段循環(huán)水環(huán)23和尾室收斂段噴水環(huán)24，所述尾室收斂段循環(huán)水環(huán)23和尾室收斂段噴水環(huán)24在軸向上依次交替設(shè)置，所述尾室收斂段噴水環(huán)24內(nèi)設(shè)置有噴嘴60，所述噴嘴60依次穿過尾室收斂段外筒26和所述尾室收斂段內(nèi)筒25，所述尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)21和尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)22所在的圓周上，尾室收斂段外筒26分別設(shè)置有循環(huán)水進水孔和循環(huán)水排水孔，循環(huán)水通過所述循環(huán)水進水孔進入所述尾室收斂段內(nèi)筒25和尾室收斂段外筒26之間的夾層并通過夾層在尾室收斂段循環(huán)水環(huán)23流動后進入尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)22并通過所述循環(huán)水排水孔排出；所述尾室收斂段循環(huán)水進水環(huán)21，尾室收斂段循環(huán)水排水環(huán)22上設(shè)置有循環(huán)水管接頭5，所述尾室收斂段噴水環(huán)24上設(shè)置有冷卻噴水管接頭6。

優(yōu)選的，所述尾室等直段30包括尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)31，尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)32，尾室等直段循環(huán)水環(huán)33，尾室等直段噴水環(huán)34，尾室等直段內(nèi)筒35，尾室等直段外筒36；所述尾室等直段內(nèi)筒35和尾室等直段外筒36之間通過軸向設(shè)置的尾室等直段鋼筋37固定連接，所述尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)31一端與尾室等直段30進口的法蘭固定連接，另一端與尾室等直段外筒36固定連接，所述尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)32一端與尾室等直段30出口的法蘭固定連接，另一端與尾室等直段外筒36固定連接，所述尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)31和尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)32之間設(shè)置有尾室等直段循環(huán)水環(huán)33和尾室等直段噴水環(huán)34，所述尾室等直段循環(huán)水環(huán)33和尾室等直段噴水環(huán)34在軸向上依次交替設(shè)置，所述尾室等直段噴水環(huán)34內(nèi)設(shè)置有噴嘴60，所述噴嘴60依次穿過尾室等直段外筒36和所述尾室等直段內(nèi)筒35，所述尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)31和尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)32所在的圓周上，尾室等直段外筒36分別設(shè)置有循環(huán)水進水孔和循環(huán)水排水孔，循環(huán)水通過所述循環(huán)水進水孔進入所述尾室等直段內(nèi)筒35和尾室等直段外筒36之間的夾層并通過夾層在尾室等直段循環(huán)水環(huán)33流動后進入尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)32并通過所述循環(huán)水排水孔排出；所述尾室等直段循環(huán)水進水環(huán)31，尾室等直段循環(huán)水排水環(huán)32上設(shè)置有循環(huán)水管接頭5，所述尾室等直段噴水環(huán)34上設(shè)置有冷卻噴水管接頭6。

優(yōu)選的，所述尾室擴張段40包括尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)41，尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)42，尾室擴張段循環(huán)水環(huán)43，尾室擴張段噴水環(huán)44，尾室擴張段內(nèi)筒45，尾室擴張段外筒46；所述尾室擴張段內(nèi)筒45和尾室擴張段外筒46之間通過軸向設(shè)置的尾室擴張段鋼筋47固定連接，所述尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)41一端與尾室擴張段40進口的法蘭固定連接，另一端與尾室擴張段外筒46固定連接，所述尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)42一端與尾室擴張段40出口的法蘭固定連接，另一端與尾室擴張段外筒46固定連接，所述尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)41和尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)42之間設(shè)置有尾室擴張段循環(huán)水環(huán)43和尾室擴張段噴水環(huán)44，所述尾室擴張段循環(huán)水環(huán)43和尾室擴張段噴水環(huán)44在軸向上依次交替設(shè)置，所述尾室擴張段噴水環(huán)44內(nèi)設(shè)置有噴嘴60，所述噴嘴60依次穿過尾室擴張段外筒46和所述尾室擴張段內(nèi)筒45，所述尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)41和尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)42所在的圓周上，尾室擴張段外筒46分別設(shè)置有循環(huán)水進水孔和循環(huán)水排水孔，循環(huán)水通過所述循環(huán)水進水孔進入所述尾室擴張段內(nèi)筒45和尾室擴張段外筒46之間的夾層并通過夾層在尾室擴張段循環(huán)水環(huán)43流動后進入尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)42并通過所述循環(huán)水排水孔排出；所述尾室擴張段循環(huán)水進水環(huán)41，尾室擴張段循環(huán)水排水環(huán)42上設(shè)置有循環(huán)水管接頭5，所述尾室擴張段噴水環(huán)44上設(shè)置有冷卻噴水管接頭6。

所述噴嘴60包括噴嘴體61，噴嘴內(nèi)蓋板62，筒體63；所述噴嘴體61包括噴嘴外蓋板64，噴嘴圓環(huán)65，離心進液孔66，噴嘴孔68，過渡錐孔69，所述噴嘴外蓋板64為圓柱體，所述噴嘴外蓋板64與所述噴嘴圓環(huán)65一端面同軸固定連接，沿固定連接的噴嘴外蓋板64和噴嘴圓環(huán)65的中軸線，噴嘴圓環(huán)65到噴嘴外蓋板64方向上，所述噴嘴外蓋板64內(nèi)依次設(shè)置有過渡錐孔69和噴嘴孔68，所述過渡錐孔69一端直徑與噴嘴孔68直徑相同，另一端直徑與噴嘴圓環(huán)65的內(nèi)徑相同；所述噴嘴圓環(huán)65的側(cè)壁設(shè)置有離心進液孔66；所述噴嘴內(nèi)蓋板62為圓柱體，所述噴嘴內(nèi)蓋板62中心設(shè)有直流進液孔67，所述直流進液孔67與所述噴嘴孔68同軸，所述噴嘴內(nèi)蓋板62與所述噴嘴圓環(huán)65另一端面同軸固定連接，所述直流進液孔67的直徑小于所述噴嘴孔68的直徑；所述噴嘴體61和噴嘴內(nèi)蓋板62設(shè)置在所述筒體63內(nèi)，所述噴嘴外蓋板64與所述筒體63一端同軸固定連接。

優(yōu)選的，所述尾室支架70包括尾室支架固定架71，尾室支架托架72，尾室支架導(dǎo)向座73，尾室支架底板76，尾室支架上滾輪導(dǎo)向板77，尾室支架下滾輪導(dǎo)向板78，尾室支架滾輪組件79，尾室支架固定支架80；所述尾室支架固定架71與所述尾室支架托架72固定連接，所述尾室支架固定架71設(shè)置有與所述尾室等直段30入口的法蘭孔相對應(yīng)的通孔；所述固定連接的尾室支架固定架71和尾室支架托架72下端與尾室支架底板76固定連接，所述尾室支架底板76上表面固定設(shè)置有尾室支架導(dǎo)向座73，所述尾室支架導(dǎo)向座73為2個，每個所述尾室支架導(dǎo)向座73上設(shè)置有銷孔74，定位銷75分別穿過2個所述尾室支架導(dǎo)向座73上的銷孔74將2個所述尾室支架導(dǎo)向座73連接；所述尾室支架底板76下表面設(shè)置有尾室支架上滾輪導(dǎo)向板77，所述尾室支架固定支架80下部固定設(shè)置在高空模擬艙1內(nèi)，所述尾室支架固定支架80上表面與所述尾室支架下滾輪導(dǎo)向板78下表面固定連接；所述尾室支架滾輪組件79設(shè)置在所述尾室支架上滾輪導(dǎo)向板77和所述尾室支架下滾輪導(dǎo)向板78之間，所述尾室支架滾輪組件79包括尾室支架滾輪81和尾室支架框架82，所述尾室支架滾輪81設(shè)置在尾室支架框架82內(nèi)，所述固定連接的尾室支架固定架71和尾室支架托架72與所述尾室支架底板76之間設(shè)置有尾室支架加強筋83。

優(yōu)選的，所述一種管道支架，其特征在于，所述管道支架包括固定架71，托架72，導(dǎo)向座73，底板76，上滾輪導(dǎo)向板77，下滾輪導(dǎo)向板78，滾輪組件79，固定支架80；所述固定架71與所述托架72固定連接，所述固定架71設(shè)置有與需固定的管道的法蘭孔相對應(yīng)的通孔；所述固定連接的固定架71和托架72下端與底板76固定連接，所述底板76上表面固定設(shè)置有導(dǎo)向座73，所述導(dǎo)向座73為2個，每個所述導(dǎo)向座73上設(shè)置有銷孔74，定位銷75分別穿過2個所述導(dǎo)向座73上的銷孔74將2個所述導(dǎo)向座73連接；所述底板76下表面設(shè)置有上滾輪導(dǎo)向板77，所述固定支架80下部固定設(shè)置在地面，所述固定支架80上表面與所述下滾輪導(dǎo)向板78下表面固定連接；所述滾輪組件79設(shè)置在所述上滾輪導(dǎo)向板77和所述下滾輪導(dǎo)向板78之間，所述滾輪組件79包括滾輪81和框架82，所述滾輪81設(shè)置在框架82內(nèi)，所述固定連接的固定架71和托架72與所述底板76之間設(shè)置有加強筋83。

優(yōu)選的，所述尾室收斂段20入口的直徑為D_w，收斂角為α_wr；所述尾室等直段30的直徑D_wkp，長度為L_wkp；所述尾室擴張段40出口的直徑為D_wc，擴張角為α_wc；所述D_w，D_wkp，L_wkp滿足下列方程組：

$M_w={\[\frac{2}{k-1}(\mathrm{\π}{\left(M_w\right)}^{\frac{-(k-1)}{k}}-1)\]}^{0.5}---\left(1\right);$

$\mathrm{\π}\left(M_w\right)=\frac{P_w}{P_{t5}}---\left(2\right);$

$D_w={\[{(1+\frac{k-1}{2}{M}_W^2)}^{\frac{k-1}{2(k-1)}}/0.5M_w{(k+1)}^{\frac{(k+1)}{2(k-1)}}\]}^{0.5}{d}_{4kp}---\left(3\right);$

${\stackrel{\‾}{P}}_{tws}={\[\frac{(k+1)M_W^2}{(k-1)M_w^2+2}\]}^{\frac{k}{k-1}}{\[\frac{k+1}{2{\mathrm{kM}}_w^2-k+1}\]}^{\frac{1}{k-1}}---\left(4\right);$

$q\left(M_w\right)=\frac{M_W{\left(0.5\right(k+1\left)\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}{{(1+0.5(k-1\left){M_W}^2\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}---\left(5\right);$

$D_{wkp}=d_{4kp}{\left(\frac{q\left(M_w\right)}{{\stackrel{\‾}{p}}_{tws}}\right)}^{0.5}---\left(6\right);$

L_wkp＝4D_wkp (7)；

上述方程組中：M_w：尾室收斂段入口馬赫數(shù)；_k：比熱比；π(M_w)：尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓與總壓比值；P_w：尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓，單位為pa；P_t5：尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓，單位為pa；D_w：尾室收斂段入口的直徑，單位為mm；d_4kp：發(fā)動機喉道直徑，單位為mm；尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的正激波后與正激波前的總壓比；q(M_w)：尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的速度系數(shù)；D_wkp：尾室等直段的直徑，單位為mm；L_wkp：尾室等直段的長度，單位為mm；

其中，尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓與超音速發(fā)動機高空飛行時真實的環(huán)境壓力相同，尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓與超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管的出口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓相同，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)大于1，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓，超音速發(fā)動機高空飛行時真實的環(huán)境壓力，比熱比以及發(fā)動機喉道直徑為超音速發(fā)動機固有的已知參數(shù)，上述方程組中的參數(shù)：M_w，k，π(M_w)，P_w，P_t5，W_w，d_4kp，q(M_w)，D_wkp，L_wkp均為發(fā)動機試車臺中所有試驗的發(fā)動機中，發(fā)動機尾噴管出口流量最大的發(fā)動機對應(yīng)的參數(shù)。

優(yōu)選的，所述收斂角滿足：0＜α_wr≤12°；所述擴張角滿足0＜α_wc≤12°。

優(yōu)選的，所述可更換小尾室50的直徑為D_wx，所述D_wx滿足下列方程組：

$M_{wx}={\[\frac{2}{k-1}(\mathrm{\π}{\left(M_{wx}\right)}^{\frac{-(k-1)}{k}}-1)\]}^{0.5}---\left(8\right);$

$\mathrm{\π}\left(M_{wx}\right)=\frac{P_{wx}}{P_{t5x}}---\left(9\right);$

$D_{wx}={\[{(1+\frac{k-1}{2}{M}_{Wx}^2)}^{\frac{k-1}{2(k-1)}}/0.5M_{wx}{(k+1)}^{\frac{(k+1)}{2(k-1)}}\]}^{0.5}{d}_{4kpx}---\left(10\right);$

上述方程組中：M_wx：可更換小尾室入口馬赫數(shù)；π(M_wx)：可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓與總壓比值；P_wx：可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓，單位為pa；P_t5x：可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓，單位為pa；D_wx：可更換小尾室入口直徑，單位為mm；d_4kpx：發(fā)動機試車臺中所有試驗的發(fā)動機中，除發(fā)動機尾噴管出口流量最大的發(fā)動機以外的發(fā)動機的發(fā)動機喉道直徑，單位為mm；

其中，可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的靜壓與超音速發(fā)動機高空飛行時真實的環(huán)境壓力相同，可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓與超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管的出口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓相同，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)大于1，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)，超音速發(fā)動機的發(fā)動機尾噴管出口馬赫數(shù)對應(yīng)的總壓，超音速發(fā)動機高空飛行時真實的環(huán)境壓力，比熱比以及發(fā)動機試車臺中所有試驗的發(fā)動機中，除發(fā)動機尾噴管出口流量最大的發(fā)動機以外的發(fā)動機的發(fā)動機喉道直徑為超音速發(fā)動機固有的已知參數(shù)，上述方程組中的參數(shù)：M_wx，π(M_wx)，P_wx，P_t5x，D_wx，d_4kpx，均為發(fā)動機試車臺中所有試驗的發(fā)動機中，除發(fā)動機尾噴管出口流量最大的發(fā)動機以外的超音速發(fā)動機對應(yīng)的參數(shù)。

優(yōu)選的，所述尾室擴張段40的出口連接引射器或真空罐。

設(shè)置本發(fā)明所述的用于發(fā)動機試車臺排氣系統(tǒng)的尾室后，當發(fā)動機出口流量最大的試驗發(fā)動機進行試驗時，發(fā)動機尾噴管出口排出的超音速氣流進入到尾室收斂段，通過拉瓦爾噴管形裝的尾室結(jié)構(gòu)，通過一系列的激波作用，最終降為亞音速，尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的正激波后的總壓P_tw，尾室收斂段入口馬赫數(shù)對應(yīng)的高空模擬艙的靜壓P_W以及尾室的增壓比滿足公式(11)-(13)；

$P_{tw}={\stackrel{\‾}{P}}_{tws}{P}_{t5}---\left(11\right)$

$P_W=P_{t5}{(1+\frac{k-1}{2}{\mathrm{Mw}}^2)}^{\frac{-K}{(k-1)}}---\left(12\right)$

${\stackrel{\‾}{P}}_{tww}=\frac{P_{tw}}{P_W}---\left(13\right);$

當除發(fā)動機出口流量最大的試驗發(fā)動機以外的試驗發(fā)動機進行試驗時，發(fā)動機尾噴管出口排出的超音速氣流進入到對應(yīng)的可更換小尾室中，通過類拉瓦爾噴管形狀的尾室結(jié)構(gòu)，通過一系列的激波作用，最終降為亞音速，可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的正激波后的總壓P_twx，可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的高空艙的靜壓P_Wx以及尾室的增壓比滿足公式(14)-(17)；

${\stackrel{\‾}{P}}_{twsx}={\[\frac{(k+1)M_{wx}^2}{(k-1)M_{wx}^2+2}\]}^{\frac{k}{k-1}}{\[\frac{k+1}{2{\mathrm{kM}}_{wx}^2-k+1}\]}^{\frac{1}{k-1}}---\left(14\right);$

$P_{twx}={\stackrel{\‾}{P}}_{twsx}{P}_{t5x}---\left(15\right)$

$P_{Wx}=P_{t5x}{(1+\frac{k-1}{2}{M_{wx}}^2)}^{\frac{-K}{(k-1)}}---\left(16\right)$

${\stackrel{\‾}{P}}_{twwx}=\frac{P_{twx}}{P_{Wx}}---\left(17\right);$

其中，為可更換小尾室入口馬赫數(shù)對應(yīng)的正激波后與正激波前的總壓比。

大于1的增壓比提高后續(xù)抽氣設(shè)備被動流進口靜壓，降低后續(xù)抽氣設(shè)備所需增壓比，進而減少了后續(xù)抽氣設(shè)備的引射器級數(shù)或真空罐的體積，降低了成本；同時，設(shè)置更換小尾室結(jié)構(gòu)，一種發(fā)動機尾噴管尺寸的發(fā)動機對應(yīng)一種更換小尾室，滿足了多種尺寸發(fā)動機試驗的需求。

最后說明的是，以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳的實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改和等同替代，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。