CN102042908A - 高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置，包括可与管道内壁螺纹连接的外圈、设置在外圈内壁上的扰流部件；扰流部件包括多个周向均匀分布平板形叶片以及一个限位环；多个叶片的一端部焊接于外圈内壁上且与来流方向成一定的夹角，多个叶片的另一端部为自由端且伸向外圈中心轴方向形成中心孔；叶片自由端上设置有截面形状大于限位环的限位孔，限位环依次穿过每个叶片的限位孔。本发明克服现有大流量、高温模拟地面设备的气流温度场均匀性难以满足要求的不足，提出一种多叶片扰流和变截面管道的静态掺混方式，确定了一种大流量、高温差、高可靠性的冷热气流掺混扰流装置。

Description

高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置

技术领域

本发明涉及一种冷热气流掺混扰流装置。

背景技术

近年来，随着航空航天技术的发展，尤其是一些高马赫数、高性能吸气式发动机，如超声速巡航导弹动力系统用冲压发动机的研制，需要先进的高温、大流量地面直连式或者自由射流试验设备来开展发动机的试验研究，欲使空气在进入被试产品时具有均匀的温度场是一项困难的技术问题，特别是要求地面设备具有宽广的运行条件时该问题显得尤为突出。

在该类型地面设备研制过程中，为了模拟大气滞止总温，通常在该类设备的前端设置空气加热器以解决大流量空气加热的技术问题，在加热器之后设置辅路掺混，会导致主路和辅路引起大的温度梯度，如果这种温度差持续发展到发动机燃烧室或者是自由射流喷管的入口，那就不可能期望在燃烧室的入口或者射流喷管的出口得到均匀的流场，从而影响试验结果。为此，需要在加热器与燃烧室或者自由射流喷管之间设置一种掺混扰流装置，以提高发动机入口截面气流温度场的均匀性。

发明内容

为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置。

本发明的技术解决方案是：一种高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置，其特征在于：包括可与管道内壁螺纹连接的外圈1、设置在外圈内壁上的扰流部件；所述扰流部件包括多个周向均匀分布平板形叶片2以及一个限位环3；所述多个叶片的一端部焊接于外圈内壁上且与来流方向成一定的夹角，多个叶片的另一端部为自由端且伸向外圈中心轴方向形成中心孔5；所述叶片自由端上设置有截面形状大于限位环3的限位孔4，所述限位环3依次穿过每个叶片的限位孔。

上述外圈1是变截面管道且气流入口的截面积大于气流出口的截面积。

上述中心孔5的面积与气流入口的截面积之比为0.15～0.3。

上述叶片与来流方向的夹角C为30～60°。

上述叶片与来流方向的夹角C为45°。

本发明的优点是：

1、本发明克服现有大流量、高温模拟地面设备的气流温度场均匀性难以满足要求的不足，提出一种多叶片扰流和变截面管道的静态掺混方式，确定了一种大流量、高温差、高可靠性的冷热气流掺混扰流装置。该装置可用于地面试验设备，特别是吸气式发动机地面试验设备，如高温、大流量地面直连式或自由射流试验设备，安装在加热器之后；或其它产品用来进行大流量冷热气流掺混的掺混扰流装置使用，确保流场具备高的温度均匀性。

2、本发明掺混扰流装置可以实现高温燃气流量5～20kg/s，总温1700K，冷空气流量3～50kg/s，温度288K状态下的高效掺混。

3、本发明掺混扰流装置在结构上采用了多叶片内旋的分流结构，实现冷热气流穿过该装置时发生分离、旋转和掺混等一系列复杂的流动，增加冷热气流的湍流度，保证了掺混后气流的温度场偏差小于±25K，冷热气流掺混效率高、温度均匀性好。

4、本发明在所有叶片上统一安装限位环，当叶片受高温空气冲击后膨胀时，增加叶片自由端的强度及整体结构的可靠性，同时，限位环还起到打散中心高温气流，强化冷热空气掺混的作用。

5、本发明整体结构紧凑，可靠性高，叶片为平板结构，无需特殊造型，易于加工。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图1的B-B剖视图；

其中：1-外圈，2-叶片，3-限位环，4-限位孔，5-中心孔，6-螺纹。

具体实施方式

如图1所示，本发明高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置，包括可与管道内壁螺纹连接的外圈1、设置在外圈内壁上的扰流部件；扰流部件包括多个平板形叶片2以及一个限位环3；多个平板叶片2沿外圈1内壁周向均匀布置，叶片2使气流方向发生偏转形成旋流。根据掺混冷热气流的流量、温度不同，可以采用不同数量和高度的叶片方案。多个叶片的一端部焊接于外圈内壁上且与来流方向成一定夹角，该角度范围一般在30～60°之间，最好采用45°。多个叶片的另一端部为自由端且伸向外圈中心轴方向形成中心孔5；叶片2的自由端可以充分释放高温引起的叶片热应力；叶片自由端上设置有截面形状大于限位环3的限位孔4，限位环3依次穿过每个叶片的限位孔，将所有叶片2连接成一个整体，该限位孔可以是矩形或圆形孔，限位环3与叶片2之间为活套连接，可提高叶片2自由端的强度和刚性，防止叶片2变形，同时增强气流的扰动。。外圈1是变截面管道且气流入口的截面积大于气流出口的截面积，外圈1采用变截面管道以加强冷热气流径向流动过程的掺混。中心孔5的面积与气流入口的截面积之比为0.15～0.3。

本发明的工作原理和工作过程是：掺混扰流装置由外圈、叶片和限位环组成，其用途和功能是向加热器生成的高温燃气中掺混冷空气或者补充氧气，并通过扰流强化冷热气流的掺混。两股或多股冷热气流沿轴向或径向分区进入掺混扰流装置，叶片间靠近外圈的小部分气流沿外圈1内壁变截面通道逐渐向中心孔流动，叶片间大部分气流在叶片2的扰流下产生内旋，也向中心孔5汇流，限位环3和限位孔4将大的气流旋涡打散，加上中心孔的气流，四种气流在掺混扰流装置出口处产生掺混，增加冷热气流的接触面积，确保掺混扰流装置出口的气流温度分布均匀。

本发明高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置可应用于飞行器动力系统研制的地面直连试验台等地面试验系统。

Claims (5)

1.一种高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置，其特征在于：包括可与管道内壁螺纹连接的外圈(1)、设置在外圈内壁上的扰流部件；所述扰流部件包括多个周向均匀分布平板形叶片(2)以及一个限位环(3)；所述多个叶片的一端部焊接于外圈内壁上且与来流方向成一定的夹角，多个叶片的另一端部为自由端且伸向外圈中心轴方向形成中心孔(5)；所述叶片自由端上设置有截面形状大于限位环(3)的限位孔(4)，所述限位环(3)依次穿过每个叶片的限位孔。

2.根据权利要求1所述的高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置，其特征在于：所述外圈(1)是变截面管道且气流入口的截面积大于气流出口的截面积。

3.根据权利要求1或2所述的高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置，其特征在于：所述中心孔(5)的面积与气流入口的截面积之比为0.15～0.3。

4.根据权利要求3所述的高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置，其特征在于：所述叶片与来流方向的夹角C为30～60°。

5.根据权利要求4所述的高可靠性多叶片冷热气流掺混扰流装置，其特征在于：所述叶片与来流方向的夹角C为45°。

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