大型常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的節(jié)能環(huán)保布局的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種大型常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的節(jié)能環(huán)保布局。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)高超聲速風(fēng)洞是以純凈空氣為工作介質(zhì)和以對(duì)流方式加熱的高超聲速風(fēng)洞，是高超聲速飛行器研制必備的試驗(yàn)設(shè)備。隨著高超聲速飛行器的不斷發(fā)展，常規(guī)高超聲速風(fēng)洞一直處于改造和建設(shè)之中，設(shè)備的規(guī)模越來(lái)越大。以風(fēng)洞噴管的出口尺寸計(jì)，常規(guī)高超聲速風(fēng)洞從最初的200-300mm量級(jí)，發(fā)展到目前的1000-1200mm量級(jí)。展望今后高超聲速飛行器的發(fā)展，需要2400-3000_量級(jí)常規(guī)高超聲速風(fēng)洞。
[0003]常規(guī)高超聲速風(fēng)洞技術(shù)的發(fā)展，除了表現(xiàn)在風(fēng)洞噴管的出口尺寸不斷增大外，還表現(xiàn)在風(fēng)洞模擬能力的不斷增加，今后，常規(guī)高超聲速風(fēng)洞不僅應(yīng)具有以往的常規(guī)氣動(dòng)力、部分氣動(dòng)熱試驗(yàn)的模擬能力外，還要具有熱結(jié)構(gòu)、超燃沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)研制試驗(yàn)所需的模擬能力，氣流的總溫要達(dá)到或接近飛行時(shí)的總溫。
[0004]隨著風(fēng)洞尺寸的增加，氣流溫度的提高，風(fēng)洞運(yùn)行所耗費(fèi)的能源劇增，同時(shí)，排放的廢氣和由排放產(chǎn)生的噪聲對(duì)環(huán)境的影響也越來(lái)越大。
[0005]現(xiàn)有的絕大部分常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的布局分為3種，即壓力-引射布局、壓力-真空布局和壓力-引射/真空組合布局，分別見(jiàn)圖1、圖2和圖3
[0006]上述布局形式的常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的運(yùn)行方式是壓縮機(jī)系統(tǒng)壓縮空氣至氣罐中，氣罐中的壓縮空氣，經(jīng)過(guò)加熱器加熱后，達(dá)到所需的溫度，然后通過(guò)噴管，在試驗(yàn)段形成試驗(yàn)所需的高超聲速流場(chǎng)，最后經(jīng)由超擴(kuò)段升壓后，進(jìn)入引射器排入大氣，或經(jīng)過(guò)冷卻器，進(jìn)入真空球，然后由真空栗系統(tǒng)排入大氣。
[0007]在現(xiàn)有的常規(guī)高超聲速風(fēng)洞布局中，未考慮回收熱量和降低排氣噪音。其中，在壓力-引射布局中，氣流直接排入大氣中，流量大時(shí)，造成的噪聲污染大，而且剩余的熱能也大，造成余熱污染大。在壓力-真空式布局中，流量進(jìn)入真空系統(tǒng)排出，變?yōu)樵撓到y(tǒng)的機(jī)器噪音，由于真空式布局的余熱經(jīng)過(guò)冷卻器消耗掉，不但余熱損失掉，還要再損失冷卻器運(yùn)行所需的能量。未考慮回收余熱和降噪的布局方案，在設(shè)備規(guī)模小時(shí)，污染不明顯。當(dāng)設(shè)備規(guī)模增大，加熱設(shè)備已經(jīng)非常龐大，加熱成本成為運(yùn)行成本的主要部分，熱量流失造成巨大浪費(fèi)，而且排氣噪聲巨大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的大型常規(guī)高超聲速風(fēng)洞節(jié)能環(huán)保布局方案，既能滿足高超聲速飛行器發(fā)展對(duì)風(fēng)洞尺寸和氣流溫度的要求，又能節(jié)省能量消耗，降低運(yùn)行成本，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的影響，解決現(xiàn)有常規(guī)高超聲速風(fēng)洞排氣噪聲大，余熱浪費(fèi)的問(wèn)題。
[0009]本發(fā)明大型常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)包括氣罐、加熱器、穩(wěn)定段、噴管、試驗(yàn)段、超擴(kuò)段、換熱器，所述穩(wěn)定段、噴管、試驗(yàn)段、超擴(kuò)段順次相連組成主要試驗(yàn)風(fēng)洞組件、所述換熱器包括中間通道和環(huán)繞中間通道的外圍通道，所述超擴(kuò)段的出口與所述換熱器的中間通道連通，所述氣罐與所述換熱器的外圍通道連通，所述氣罐中的高壓氣體經(jīng)由所述換熱器的外圍通道借助輸氣管道送入所述加熱器中，通過(guò)所述加熱器后被送入所述穩(wěn)定段，在所述試驗(yàn)風(fēng)洞主要組件中完成試驗(yàn)后流過(guò)所述換熱器的中間通道被排出。
[0010]優(yōu)選還包括引射器和水環(huán)栗組，所述引射器一端與所述換熱器的中間通道相連通，另一端與所述水環(huán)栗組連通。
[0011 ]優(yōu)選還包括真空球和真空栗系統(tǒng)，所述真空球與所述中間通道連通，從中間通道被排出的氣體通過(guò)真空栗系統(tǒng)被排出到大氣中。
[0012]這種布局形式與比現(xiàn)有布局的區(qū)別在于本發(fā)明節(jié)能和環(huán)保。在相同模擬條件下，第一，風(fēng)洞運(yùn)行所需的能耗大大降低。第二，對(duì)于引射運(yùn)行方式，采用水環(huán)栗代替消聲塔，不但降低排放噪聲，還將減少余熱污染的排放，同時(shí)可提高引射器的抽吸能力，降低風(fēng)洞需要的壓力比。對(duì)于真空運(yùn)行方式，從超擴(kuò)段排出的熱氣流在交換器與冷的進(jìn)氣流進(jìn)行熱量交換，熱氣流溫度下降，進(jìn)入真空系統(tǒng)時(shí)無(wú)需單獨(dú)設(shè)置冷卻器對(duì)熱氣流進(jìn)行冷卻，從而減掉冷卻器及其配套設(shè)施和冷卻器的能量需求。第三，風(fēng)洞冷的進(jìn)氣流預(yù)先通過(guò)換熱器進(jìn)行預(yù)熱升溫，運(yùn)行所需的加熱設(shè)備規(guī)模減小。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為現(xiàn)有的壓力-引射布局不意圖。
[0014]圖2為現(xiàn)有的壓力-真空布局示意圖。
[0015]圖3為現(xiàn)有壓力-引射/真空組合布局示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明的大型常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的節(jié)能環(huán)保布局示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]本發(fā)明的布局方案如圖4所示。換熱器7包括中間通道和環(huán)繞中間通道的外圍通道，首先氣罐I的高壓氣體先送入換熱器7外圍通道，然后再借助輸氣管道送入加熱器2中，在加熱器2中被加熱的高壓氣體被送入穩(wěn)定段3，依次流過(guò)噴管4、試驗(yàn)段5和超擴(kuò)段6、流進(jìn)換熱器7的中間通道，再經(jīng)由引射器8和水環(huán)栗組9被排出到大氣中。或者，經(jīng)由真空球10，通過(guò)真空栗系統(tǒng)11被排出到大氣中。
[0019]這種布局形式是對(duì)現(xiàn)有布局形式的改進(jìn)，主要改變是，第一，在引射分支和真空分支前、超擴(kuò)段后增設(shè)換熱器，第二，氣罐出來(lái)的壓縮空氣不是直接進(jìn)入加熱系統(tǒng)，而是先經(jīng)過(guò)換熱器，再進(jìn)入加熱系統(tǒng)，第三，去掉引射器分支的消音塔，增加水環(huán)栗組，有效降低排氣噪聲，同時(shí)可提高引射器的抽吸能力，降低風(fēng)洞需要的壓力比。第四，去掉真空分支的冷卻器。
[0020]壓縮機(jī)系統(tǒng)壓縮空氣至氣罐中，氣罐中的壓縮空氣，流過(guò)換熱器初步加熱，再輸送到加熱器進(jìn)一步加熱，達(dá)到相應(yīng)馬赫數(shù)所需的溫度，然后通過(guò)噴管，在試驗(yàn)段形成試驗(yàn)所需的高超聲速流場(chǎng)，最后經(jīng)由超擴(kuò)段升壓后，進(jìn)入換熱器，在換熱器中與冷的進(jìn)氣流進(jìn)行熱量交換，氣流溫度大大降低，進(jìn)入引射器或真空球，排入大氣。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種大型常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)，其特征在于:包括氣罐、加熱器、穩(wěn)定段、噴管、試驗(yàn)段、超擴(kuò)段、換熱器，所述穩(wěn)定段、噴管、試驗(yàn)段、超擴(kuò)段順次相連組成主要試驗(yàn)風(fēng)洞組件、所述換熱器包括中間通道和環(huán)繞中間通道的外圍通道，所述超擴(kuò)段的出口與所述換熱器的中間通道連通，所述氣罐與所述換熱器的外圍通道連通，所述氣罐中的高壓氣體經(jīng)由所述換熱器的外圍通道借助輸氣管道送入所述加熱器中，通過(guò)所述加熱器后被送入所述穩(wěn)定段，在所述試驗(yàn)風(fēng)洞主要組件中完成試驗(yàn)后流過(guò)所述換熱器的中間通道被排出。2.如權(quán)利要求1所述的大型常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)，其特征在于:還包括引射器和水環(huán)栗組，所述引射器一端與所述換熱器的中間通道相連通，另一端與所述水環(huán)栗組連通。3.如權(quán)利要求1所述的大型常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)，其特征在于:還包括真空球和真空栗系統(tǒng)，所述真空球與所述中間通道連通，從中間通道被排出的氣體通過(guò)真空栗系統(tǒng)被排出到大氣中。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種大型常規(guī)高超聲速風(fēng)洞的節(jié)能環(huán)保系統(tǒng)，其包括氣罐、加熱器、穩(wěn)定段、噴管、試驗(yàn)段、超擴(kuò)段、換熱器，所述穩(wěn)定段、噴管、試驗(yàn)段、超擴(kuò)段順次相連組成主要試驗(yàn)風(fēng)洞組件、所述換熱器包括中間通道和環(huán)繞中間通道的外圍通道，所述超擴(kuò)段的出口與所述換熱器的中間通道連通，所述氣罐與所述換熱器的外圍通道連通，所述氣罐中的高壓氣體經(jīng)由所述換熱器的外圍通道借助輸氣管道送入所述加熱器中，通過(guò)所述加熱器后被送入所述穩(wěn)定段，在所述試驗(yàn)風(fēng)洞主要組件中完成試驗(yàn)后流過(guò)所述換熱器的中間通道被排出。本發(fā)明節(jié)省能量消耗，降低運(yùn)行成本，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的影響，解決現(xiàn)有常規(guī)高超聲速風(fēng)洞排氣噪聲大，余熱浪費(fèi)的問(wèn)題。
【IPC分類】G01M9/04
【公開號(hào)】CN105628331
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511001338
【發(fā)明人】王鐵進(jìn), 黃炳修, 石運(yùn)軍, 孫勇堂, 崔春
【申請(qǐng)人】中國(guó)航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月28日