CN102635463A - 一单元线性塞式喷管冷流试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一单元线性塞式喷管冷流试验装置，属于先进技术发动机试验研究领域，该冷流试验装置包括燃烧室组件、塞锥组件、盖板组件、底部组件、框架结构组件和推力架连接组件。塞锥组件包括内喷管、密封槽和塞锥型面，内喷管为方形内喷管，塞锥型面采用抛物线和三次曲线近似。本发明提出的一单元线性塞式喷管冷流试验装置具有流场结构、二次流对喷管推力性能的影响以及喷管的高度补偿特性，测量装置安装方便。

Description

一单元线性塞式喷管冷流试验装置

技术领域

本发明涉及先进技术发动机试验研究领域，具体的说是涉及一种一单元线性塞式喷管冷流试验装置。

背景技术

塞式喷管是一种具有高度补偿特性的先进喷管技术，国外研究表明，塞式喷管的半开放的流场结构，能够自动适应外界环境压强的变化，在整个飞行高度具有较高的性能。以塞式喷管发动机为基础的可重复使用运载器可望作为一个通用的空间运输工具用于许多重要的航天领域，如载人航天、空间站物资运输、星际运输、登月运输、卫星搭载等。

在塞式喷管设计研究中，为了研究流场结构、二次流对喷管推力性能的影响和喷管的高度补偿特性，需对设计的塞式喷管进行冷流试验，对冷流试验的研究是综合评估塞式喷管性能的重要手段之一。

现有技术中，缺乏针对一单元线性塞式喷管，结构简单、成本廉价、测量精度高和安全性能好的冷流试验装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种结构简单、成本廉价、测量精度高和安全性能好的一单元线性塞式喷管冷流试验装置。本发明用于研究一单元线性塞式喷管的流场结构、二次流对喷管推力性能的影响以及喷管的高度补偿特性。该装置可以用来验证和评估一单元线性塞式喷管的部分特性性能。

本发明提出一单元线性塞式喷管冷流试验装置，包括燃烧室组件1、塞锥组件、盖板组件、底部组件、框架结构组件和推力架连接组件。

所述的燃烧室组件包括燃烧室、接管嘴和燃烧室连接件，燃烧室上焊接有接管嘴，燃烧室转接件与燃烧室通过螺栓同轴连接，中间设有密封垫圈；

所述的塞锥组件包括内喷管、密封槽和塞锥型面，所述的内喷管为方形内喷管，具有上壁和下壁，无左右两侧侧壁，内喷管扩张段出口处下壁与塞锥型面的一端相连接，塞锥型面的宽度与内喷管上下壁的宽度相同，内喷管入口与燃烧室相连通，使燃烧室中的气流能够流入内喷管中；

所述的框架结构组件包括框架A、框架B和底板，底板包括水平固定连接的两部分，分别为水平底板A和水平底板B，内喷管、塞锥型面通过框架A、框架B倾斜固定于水平底板A上，框体A的侧壁上通过螺栓连接推力架连接件；

所述的盖板组件包括塞锥盖板和底板盖板，所述的内喷管左右两侧面以及塞锥型面的两侧通过密封槽与塞锥盖板相连接，使塞锥盖板与内喷管形成完整的喷管结构，且塞锥型面的表面与塞锥盖板形成上部开口的槽型结构，所述的底板盖板位于水平底板B的两侧，并通过密封槽密封，所述的燃烧室连接件与内喷管入口相连接，燃烧器中的气流经燃烧室转接件流入内喷管中，经内喷管的喉部喷出，经扩张段进入塞锥型面中，从塞锥型面喷出后进入底板盖板与水平底板B形成的槽体中。

所述的底部组件位于塞锥型面下方的底板B上，且位于框体B的外侧，底部部件包括底部右盖板、底部中心件和底部左盖板，其中底部左盖板和底部中心件之间为汇流腔，底部右盖板和底部中心件之间为排气腔，底部左盖板中心布置有进气管路，底部中心件上设置有多个均匀分布的通气孔，使二次来流经汇流腔较均匀的进入排气腔，底部右盖板上设置有多个均匀分布二次流排气孔，且底部中心件上还设置有测压管路，经内喷管喷出的气流从塞锥型面喷出后，进入底板B和底板盖板形成的槽体中，且经排气腔排出的二次气流也进入该槽体中。

本发明的优点在于：

(1)本发明提出一种一单元线性塞式喷管冷流试验装置，其具有流场结构、二次流对喷管推力性能的影响以及喷管的高度补偿特性等。

(2)本发明提出一种一单元线性塞式喷管冷流试验装置，测量装置(压强传感器和六分力推力架)安装方便，推力架通过螺钉和发动机固定，另一端与本发明底板连接。燃烧室表面留有专门的压强测试点。测量时压力传感器测量系统可通过细管路将测量线引入到燃烧室压强测量点，这样既使压强传感器离测量点距离近，属于原位测量，减少了管路压强损失；

(3)本发明提出一种一单元线性塞式喷管冷流试验装置，其塞式喷管试验件(内喷管与塞锥)为单一零件，结构简单，装置只用于冷流试验，材料选用普通碳钢，成本低廉。

附图说明

图1是本发明一单元线性塞式喷管冷流试验装置三维结构示意图；

图2是本发明一单元线性塞式喷管冷流试验装置的剖面图；

图中：

1-燃烧室组件    2-塞锥组件        3-盖板组件

4-底部组件      5-框架结构组件    6-推力架连接组件

7-燃烧室        8-接管嘴          9-燃烧室转接件

10-内喷管       11-密封槽         12-塞锥型面

13-塞锥盖板     14-底部左盖板     15-底部中心件

16-底部右盖板   17-底板盖板       18-水平底板A19-框体A    20-框体B    21-水平底板B

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种一单元线性塞式喷管冷流试验装置，结构简单、成本廉价、测量精度高、安全性能好，如图1、图2所示，包括燃烧室组件1、塞锥组件2、盖板组件3、底部组件4、框架结构组件5和推力架连接组件6。

所述的燃烧室组件1包括燃烧室7、接管嘴8和燃烧室连接件9，燃烧室7上焊接有接管嘴8，优选为燃烧室7外围均匀对称焊接有2-4个接管嘴8，进一步优选为4个，直径为

；燃烧室7原有的一路平衡管上可以焊接有1-3个接管嘴8，优选为1个，并且用堵头封死，燃烧室转接件9与燃烧室7通过螺栓同轴连接，中间设有密封垫圈，形成相对较长的燃烧室通道，更有利于来流的掺混均匀。所述的燃烧室7表面还留有多个压强测试点。

所述的塞锥组件2包括内喷管10、密封槽11、塞锥型面12，所述的内喷管10为方形内喷管，具有上壁和下壁，无左右两侧侧壁，该内喷管10型面采用圆弧与抛物线近似，收缩比为1.5～3.0，扩张比选择以使得内喷管10气流在地面处于完全膨胀状态，比值约为2.0～5.0，内喷管10喉部的宽高比为1～10。内喷管10扩张段出口处下壁与塞锥型面12的一端相连接，该塞锥型面12采用抛物线和三次曲线近似，以从海平面到发动机设计高度的飞行总冲最大为目标函数，进行线性塞式喷管型面设计与优化，塞锥的宽度与内喷管10上下壁的宽度相同。内喷管10入口与燃烧室7相连通，使燃烧室7中的气流能够流入内喷管10中，塞锥型面12的截短率可为20％～60％；

所述的框架结构组件5包括框架A、框架B和底板，底板包括水平固定连接的两部分，分别为水平底板A18和水平底板B21，内喷管10、塞锥型面12通过框架A、框架B倾斜固定于水平底板A18上。内喷管10中心轴线与水平方向的夹角为25°～45°。框体A19、框体B20均可螺栓连接固定钢丝组件，限制发动机在左右方向上的移动，框体A19的侧壁上通过螺栓连接推力架连接件6，传递发动机推力。

所述的盖板组件3包括塞锥盖板13和底板盖板17，所述的内喷管10左右两侧面以及塞锥型面12的两侧通过密封槽11与塞锥盖板13相连接，使塞锥盖板13与内喷管10形成完整的喷管结构，且塞锥型面12的表面与塞锥盖板13形成上部开口的槽型结构。所述的底板盖板17位于水平底板B21的两侧，并通过密封槽11密封，所述的燃烧室连接件9与内喷管10入口相连接，燃烧器中的气流经燃烧室转接件9流入内喷管10中，经内喷管10的喉部喷出，经扩张段进入塞锥型面12中，从塞锥型面12喷出后进入底板盖板17与水平底板B21形成的槽体中。

所述的底部组件4位于塞锥型面12下方的水平底板B21上，且位于框体B20的外侧，即朝向水平底板B21方向一侧。底部部件包括三部分，分别为底部右盖板16、底部中心件15、底部左盖板14，其中底部左盖板14和底部中心件15之间为汇流腔，底部右盖板16和底部中心件15之间为排气腔。底部左盖板14中心布置两路进气管路，孔径为Φ4mm，底部中心件15上设置有多个均匀分布的通气孔，孔径为Φ4mm，使二次来流经汇流腔较均匀的进入排气腔。底部右盖板16上设置有多个均匀分布二次流排气孔，孔径为为Φ0.5-Φ2mm。且底部中心件15上还设置有测压管路，孔径为Φ4mm。经内喷管10喷出的气流从塞锥型面12喷出后，进入水平底板B21和底板盖板17形成的槽体中，且经排气腔排出的二次气流也进入槽体中，该槽体在水平底板B、底板盖板17和底部右盖板16之间通过密封件密封，该段槽体用于满足底部流场的中心对称条件，其长度达到发动机半底部高的三倍左右，完全能够包含底部膨胀波反射区

本发明是针对一单元线性塞式喷管而设计的一种冷流试验装置。设计重点更注重解决试验装置的测量精度、安全性能、操控性能、经济性以及各零部件的易加工性，以满足冷流试验目的。因此本发明所设计的一单元线性塞式喷管冷流试验装置是一种测量精度高、安全性能好、各部件的加工工艺简单并具有较好的操控性的一种试验装置。经验证本装置可满足在塞式喷管设计中的冷流试验要求。

Claims (4)

1.一单元线性塞式喷管冷流试验装置，其特征在于：包括燃烧室组件、塞锥组件、盖板组件、底部组件、框架结构组件和推力架连接组件；

所述的燃烧室组件包括燃烧室、接管嘴和燃烧室连接件，燃烧室上焊接有接管嘴，燃烧室转接件与燃烧室通过螺栓同轴连接，中间设有密封垫圈；

所述的塞锥组件包括内喷管、密封槽和塞锥型面，所述的内喷管为方形内喷管，具有上壁和下壁，无左右两侧侧壁，内喷管扩张段出口处下壁与塞锥型面的一端相连接，塞锥型面的宽度与内喷管上下壁的宽度相同，内喷管入口与燃烧室相连通，使燃烧室中的气流能够流入内喷管中；

所述的框架结构组件包括框架A、框架B和底板，底板包括水平固定连接的两部分，分别为水平底板A和水平底板B，内喷管、塞锥型面通过框架A、框架B倾斜固定于水平底板A上，框体A的侧壁上通过螺栓连接推力架连接件；

所述的盖板组件包括塞锥盖板和底板盖板，所述的内喷管左右两侧面以及塞锥型面的两侧通过密封槽与塞锥盖板相连接，使塞锥盖板与内喷管形成完整的喷管结构，且塞锥型面的表面与塞锥盖板形成上部开口的槽型结构，所述的底板盖板位于水平底板B的两侧，并通过密封槽密封，所述的燃烧室连接件与内喷管入口相连接，燃烧器中的气流经燃烧室转接件流入内喷管中，经内喷管的喉部喷出，经扩张段进入塞锥型面中，从塞锥型面喷出后进入底板盖板与水平底板B形成的槽体中；

所述的底部组件位于塞锥型面下方的水平底板B上，且位于框体B的外侧，底部部件包括底部右盖板、底部中心件和底部左盖板，其中底部左盖板和底部中心件之间为汇流腔，底部右盖板和底部中心件之间为排气腔，底部左盖板中心布置有进气管路，底部中心件上设置有多个均匀分布的通气孔，使二次来流经汇流腔较均匀的进入排气腔，底部右盖板上设置有多个均匀分布二次流排气孔，且底部中心件上还设置有测压管路，经内喷管喷出的气流从塞锥型面喷出后，进入水平底板B和底板盖板形成的槽体中，且经排气腔排出的二次气流也进入该槽体中。

2.根据权利要求1所述的一单元线性塞式喷管冷流试验装置，其特征在于：所述的内喷管的收缩段收缩比为1.5～3.0，扩张段的扩张比为2.0～5.0，内喷管喉部的宽高比为1～10。

3.根据权利要求1所述的一单元线性塞式喷管冷流试验装置，其特征在于：所述的塞锥型面的截断率可为20％～60％。

4.根据权利要求1所述的一单元线性塞式喷管冷流试验装置，其特征在于：所述的内喷管中心轴线与水平方向的夹角为25°～45°。

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