CN103016425A

CN103016425A - 一种三级多喷管中心引射器

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Publication number: CN103016425A
Application number: CN2012105440530A
Authority: CN
Inventors: 贾英胜; 孙勇堂; 王铁进; 崔春; 沈逢京; 黄景博; 卜俊辉; 石运军; 王凯文; 许瑞峰
Original assignee: China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Current assignee: China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2013-04-03
Anticipated expiration: 2032-12-11
Also published as: CN103016425B

Abstract

本发明公开了一种三级多喷管中心引射器，包括，第一级多喷管中心引射器(1)，第二级多喷管中心引射器(2)，第三级多喷管中心引射器(3)，沿主气流流向上，第一级多喷管中心引射器(1)、第二级多喷管中心引射器(2)、第三级多喷管中心引射器(3)依次串联，在第一级多喷管中心引射器与第二级多喷管中心引射器之间、第二级多喷管中心引射器与第三级多喷管中心引射器之间均设置膨胀节(4)。本发明具有抽吸效果好、便于加工制造的优点。

Description

一种三级多喷管中心引射器

技术领域

本发明涉及一种多级引射器，特别是一种三级多喷管中心引射器。

背景技术

引射器是一种气体机械，通常由以下四部分组成：引射气流喷管、被引射气流管道、混合室、扩散段。它是依靠一股高压气流的作用，使低压气流的总压增加，通过湍流混合，把能量由一股气流传给另一股气流。具体说来，就是总压高的引射气流，以很高的速度从喷管出来，进入混合室，并在混合室前部形成低静压，把混合室前部总压低的被引射气流吸走，两股气流沿混合室流动的过程中，发生湍流混合，引射气流的一部分动能传给被引射气流，结果两股气流形成的混合气流速度渐渐均匀，混合气流总压大于被引射气流总压，然后经扩散段的扩压作用升高静压，最终排到环境中。

由于引射器具有抽真空和提高被引射气流总压的作用，不直接消耗机械能，而且，结构简单，没有运动部件，几何上的对称也容易实现，制造方便，所需配套系统和使用维护都不复杂，特别是对于有腐蚀性的流体，更显示出其独特的优点。因此，引射器被广泛应用于各个领域。尤其是广泛应用于动力工程和化工工程相关的领域，例如：

航空航天技术领域：用作风洞或试车台的动力装置或辅助抽真空装置；

兵器工业技术领域：用作激光武器的抽真空装置；

电力工业技术领域：用在发电厂的燃料燃烧设备、蒸汽锅炉的给水系统、汽轮机的调节系统、发电机的空气冷却系统等；

制冷技术领域：作为引射制冷装置的主要和辅助设备；

工业运输技术领域：用作输送固体的颗粒状物料和液体等。

航天十一院作为国内第一个专门的空气动力学研究单位，为提高三声速风洞和高超声速风洞的模拟能力，从上世纪六十年代就开始了引射器的研究和应用工作。并且不断地把研究成果应用在新风洞的建设和已有风洞的改造中。如利用改进FD03高超声速风洞引射器系统的成果，在上世纪九十年代中期建成了国内先进的FD07高超声速风洞(喷管出口直径0.5m)；把FD06三声速风洞的抽吸式引射器，从声速引射器改造成现在的超声速引射器，改善了引射效率。

但是不管是“921”重点工程中航天十一院建设的FD07高超声速风洞还是29基地在60年代中建设的FL-31高超声速风洞(两者喷管出口直径均为0.5m)，都是航天十一院参照FD03高超声速风洞的引射器，在上世纪60-70年代设计的。由于采用了老式的多级环形引射器，在使用中明显感到抽吸能力不足。FD07高超声速风洞在高马赫数线(Ma＝10-12)中虽然采用了三级环形引射器，但模型堵塞比大到一定程度时仍难以启动。而新型号的研制需要在大尺寸模型上进行新的试验技术研究，如某型号的被动滚控技术气动特性的试验研究等，要求模型的堵塞比更大。由于多级环形引射器的能量损失大，使其抽吸能力不足、耗气量大，造成高超声速风洞难以启动和运行成本高；而且这种环形引射器的噪音大，结构不紧凑，使高超声速风洞的多级环形引射器的体积庞大。所以，新型号气动力和气动热的研究工作的进行、高超声速风洞运行成本的降低、运行环境的改善、以及新的大型航天气动设备的建设，如1.2m×1.2m三声速风洞、φ1.2m高超声速风洞、φ1.0m电弧风洞、超燃发动机试车台等，都迫切需要高效节能、噪音小、结构紧凑的新型引射器。

迄今为止，在风洞和试车台上应用的引射器类型多数为环形引射器。因为环形引射器相对于多喷管中心引射器而言，其结构相对简单，比较容易实现。但是相对于多喷管中心引射器，环形引射器的混合室单位长度的摩擦损失大，引射气流和被引射气流的混合过程比较缓慢，因而造成结构尺寸大，混合效率低。尤其对于大尺寸风洞，环形引射器的不利之处变得更加明显。大尺寸风洞被引射气流的流量大，相应的流动面积大，被引射器气流中心不易受到引射气流影响，两股气流的完全混合困难，混合效率低。而且在结构上，环形引射器的混合室长度必须加长，造成环形集气室的结构庞大，相应的承压法兰等部件不易加工等。因此大型风洞一般都趋向于采用多喷管中心引射器，多喷管中心引射器的引射效率高，结构上可以把庞大的不易加工的部件分解，降低加工难度。如29基地的FL26亚跨声速风洞(试验段尺寸2.4m×2.4m)和瑞典T1500风洞都采用了多喷管中心引射器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种抽吸效果好、便于加工制造的三级多喷管中心引射器。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种三级多喷管中心引射器，包括，第一级多喷管中心引射器，第二级多喷管中心引射器，第三级多喷管中心引射器，沿主气流流向上，第一级多喷管中心引射器、第二级多喷管中心引射器、第三级多喷管中心引射器依次串联，在第一级多喷管中心引射器与第二级多喷管中心引射器之间、第二级多喷管中心引射器与第三级多喷管中心引射器之间均设置膨胀节。

进一步的，所述第一级多喷管中心引射器，所述第二级多喷管中心引射器和所述第三级多喷管中心引射器均具有固定支座，混合室，引射喷管，引射喷管连接管道，环形集气室，主气流进气管道，引射进气管道；

所述引射进气管道均布置在所述环形集气室两侧的水平位置，环形集气室为虾米弯结构；引射喷管连接管道均匀布置在环形集气室的后端，引射喷管连接管道分两层穿过主气流进气管道的壁面，引射喷管连接管道的出口在主气流进气管道内呈两个环形均匀布置在同一截面上，引射喷管连接管道在主气流进气管道内通过翼型肋板与主气流进气管道的内壁连接；引射喷管连接管道的进口与环形集气室连接，引射喷管连接管道的出口与引射喷管连接；引射喷管为锥形喷管，分成两个环形布置在混合室的入口截面上，引射喷管与引射喷管连接管道采用法兰螺栓连接；混合室为一段等直径管道，混合室的下方设置固定支座。

进一步的，在第一级多喷管中心引射器中：引射进气管道的口径为DN400，环形集气室为六角形虾米弯结构，环形集气室的内径为φ0.6m；设有12根口径为DN150的引射喷管连接管道，引射喷管的马赫数为3.6，12根引射喷管分成两环，6个一环；主气流进气管道的入口直径为1.5m，在引射喷管连接管道前，主气流进气管道的直径变为1.98m，在混合室入口前，主气流进气管道的直径变为1.71m；混合室内径为1.71m，混合室长度为2.91m，混合室出口通过所属膨胀节与第二级多喷管中心引射器的主气流进气管道连接。

进一步的，在第二级多喷管中心引射器中：引射进气管道的口径为DN600，环形集气室为八角形虾米弯结构，环形集气室的内径为φ0.8m；设有16根口径为DN200的引射喷管连接管道，引射喷管的马赫数为3.2，16根引射喷管分成两环，8个一环；主气流进气管道的入口直径为1.71m，在引射喷管连接管道前，主气流进气管道的直径变为2m，在混合室入口前，主气流进气管道的直径变为1.96m；混合室的内径为φ1.96m，混合室的长度为2.95m，混合室出口通过膨胀节与第三级多喷管中心引射器的主气流进气管道连接。

进一步的，在第三级多喷管中心引射器中：引射进气管道的口径为DN1000，环形集气室为六角形虾米弯结构，环形集气室的内径为φ1.1m；设有18根口径为DN250的引射喷管连接管道，引射喷管的马赫数为2.8，18根引射喷管分成两环，9个一环；主气流进气管道的入口直径为1.96m，在引射喷管连接管道前，主气流进气管道的直径变为2.35m，在混合室入口前，主气流进气管道的直径变为2.23m；混合室的内径为φ2.23m，混合室的长度为5.5m，混合室出口与风洞排气段连接。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)每级多喷管中心引射器的引射喷管在混合室入口采用的两个环形的局方式，大大增加了引射气流与被引射气流的接触面，加强了两股气流的掺混能力，有效的缩短了混合室长度，抽吸效果更好；

(2)通过优化组合各级多喷管中心引射器的面积比、引射马赫数及引射喷管分布规律，多喷管中心引射器采用三级串联后，大大增加了引射系统的抽吸能力，抽吸真空度可最高达到1000Pa以下；

(3)每级多喷管中心引射器的引射喷管均可独立拆装、易于加工制造，同时便于调整更换，具备一定的可调节能力。

附图说明

图1为三级多喷管中心引射器的结构示意图；

图2为第一级多喷管中心引射器的结构示意图；

图3为图2的A向视图；

图4为第一级多喷管中心引射器的引射喷管布局图；

图5为第二级多喷管中心引射器的结构示意图；

图6为图5的A向视图；

图7为第二级多喷管中心引射器的引射喷管布局图；

图8为第三级多喷管中心引射器的结构示意图；

图9为图8的A向视图；

图10为第三级多喷管中心引射器的引射喷管布局图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行详细说明。

将多级多喷管中心引射器相串联时，由于各级多喷管中心引射器的气流会相互影响，如果只是简单地将多个多喷管中心引射器串联，是无法提高风洞的抽吸性能的，并且，如果引射参数和结构不匹配还会降低引射性能。本发明的三级多喷管中心引射器采用了表1中所示的与结构相匹配的引射参数，大大提高了风洞的抽吸性能。

表1

如图1所示，三级多喷管中心引射器包括：第一级多喷管中心引射器1，第二级多喷管中心引射器2，第三级多喷管中心引射器3。沿主气流流向，第一级多喷管中心引射器1、第二级多喷管中心引射器2、第三级多喷管中心引射器3依次串联，并且在第一级多喷管中心引射器与第二级多喷管中心引射器之间、第二级多喷管中心引射器与第三级多喷管中心引射器之间均设置膨胀节4，用于吸收因热胀冷缩产生的变形。

每级多喷管中心引射器均包括固定支座11～13，混合室21～23，引射喷管31～33，引射喷管连接管道41～43，环形集气室51～53，主气流进气管道61～63，引射进气管道71～73，其中，引射喷管连接管道41～43的进口与环形集气室51～53连接，引射喷管连接管道41～43的出口与引射喷管31～33连接。

如图2和图3所示，第一级多喷管中心引射器的引射进气管道71的口径为DN400，布置在环形集气室51两侧的水平位置。环形集气室51为六角形“虾米弯”结构，环形集气室51的内径为φ0.6m；环形集气室51与主气流进气管道61之间布置肋板，将环形集气室51固定在主气流进气管道61上，并对环形集气室51的结构起到加强作用。环形集气室51的下方设置滑动支座。12根引射喷管连接管道41的口径为DN150，均匀布置在环形集气室51的后端，分两层穿过主气流进气管道61的壁面，引射喷管连接管道41的出口在主气流进气管道61内呈两个环形均匀布置在同一截面上，引射喷管连接管道41在主气流进气管道61内通过翼型肋板与主气流进气管道61的内壁连接，翼型肋板不但对管道结构起到加强作用，同时还起到导流作用，减少主气流流过管道时的阻力损失。引射喷管31为锥形喷管，喷管马赫数为3.6，如图6所示，12根引射喷管31分成两环，6个一环的布置在混合室21的入口截面上，引射喷管31与引射喷管连接管道41采用法兰螺栓连接。主气流进气管道61的入口直径为φ1.5m，为减小引射喷管31及其引射喷管连接管道41对主气流堵塞产生的流阻，主气流进气管道61在引射喷管连接管道41前变径至φ1.98m，在混合室21入口前变径至φ1.71m。混合室21的内径为φ1.71m，为一段等直径管道，长度为2.91m，出口通过膨胀节与第二级多喷管中心引射器的主气流进气管道连接。混合室下方设置固定支座，将引射器气流射流产生的轴向力传递给固定支座连接的混凝土地基，同时减小引射器的振动。

如图5、6、7所示，第二级多喷管中心引射器的引射进气管道72口径为DN600，布置在环形集气室52两侧的水平位置。环形集气室52为八角形“虾米弯”结构，环形集气室52内径为φ0.8m；环形集气室52与主气流进气管道62之间布置肋板，将环形集气室52固定在主气流进气管道62上，并对环形集气室52的结构起到加强作用；环形集气室52下方设置滑动支座。16根引射喷管连接管道42的口径为DN200，均匀布置在环形集气室52后端，分两层穿过主气流进气管道62的壁面，引射喷管连接管道42的出口在主气流进气管道62内呈两个环形均匀布置在同一截面上，引射喷管连接管道42在主气流进气管道62内通过翼型肋板与主气流进气管道62内壁连接，翼型肋板不但对管道结构起到加强作用，同时还起到导流作用，减少主气流流过管道时的阻力损失。引射喷管32为锥形喷管，喷管马赫数为3.2，如图9所示，16根引射喷管32分成两环、8个一环的布置在混合室52入口截面上，引射喷管32与引射喷管连接管道42采用法兰螺栓连接。主气流进气管道62的入口直径为φ1.71m，为减小引射喷管32及其连接管道对主气流堵塞产生的流阻，在引射喷管连接管道42前主气流进气管道变径至φ2m，在混合室52入口前变径至φ1.96m。混合室52的内径为φ1.96m，为一段等直径管道，长度为2.95m，出口通过膨胀节与第三级多喷管中心引射器的主气流进气管道连接63。混合室52下方设置固定支座，将引射器气流射流产生的轴向力传递给固定支座连接的混凝土地基，同时减小引射器的振动。

如图8、9、10所示，第三级多喷管中心引射器的引射进气管道73口径为DN1000，布置在环形集气室53两侧的水平位置。环形集气室53为六角形“虾米弯”结构，环形集气室53内径为φ1.1m。环形集气室53与主气流进气管道63之间布置肋板，将环形集气室53固定在主气流进气管道63上，并对环形集气室53的结构起到加强作用；环形集气室53下方设置滑动支座。18根引射喷管连接管道43的口径为DN250，均匀布置在环形集气室53后端，分两层穿过主气流进气管道63的壁面，引射喷管连接管道43的出口在主气流进气管道63内呈两个环形均匀布置在同一截面上，引射喷管连接管道43在主气流进气管道63内通过翼型肋板与主气流进气管道63内壁连接，翼型肋板不但对管道结构起到加强作用，同时还起到导流作用，减少主气流流过管道时的阻力损失。引射喷管33为锥形喷管，喷管马赫数为2.8，如图12所示，18根引射喷管33分成两环，9个一环的布置在混合室23入口截面上，引射喷管33与引射喷管连接管道43采用法兰螺栓连接。主气流进气管道63的入口直径为1.96m，为减小引射喷管33及其连接管道对主气流堵塞产生的流阻，主气流进气管道63在引射喷管连接管道43前变径至φ2.35m，在混合室23入口前变径至φ2.23m。混合室23内径为φ2.23m，为一段等直径管道，长度为5.5m，出口与风洞排气段连接。混合室23下方设置固定支座，将引射器气流射流产生的轴向力传递给固定支座连接的混凝土地基，同时减小引射器的振动。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims

1.一种三级多喷管中心引射器，包括，第一级多喷管中心引射器(1)，第二级多喷管中心引射器(2)，第三级多喷管中心引射器(3)，其特征在于：沿主气流流向上，第一级多喷管中心引射器(1)、第二级多喷管中心引射器(2)、第三级多喷管中心引射器(3)依次串联，在第一级多喷管中心引射器与第二级多喷管中心引射器之间、第二级多喷管中心引射器与第三级多喷管中心引射器之间均设置膨胀节(4)。

2.如权利要求1所述的三级多喷管中心引射器，其特征在于：所述第一级多喷管中心引射器，所述第二级多喷管中心引射器和所述第三级多喷管中心引射器均具有固定支座(11～13)，混合室(21～23)，引射喷管(31～33)，引射喷管连接管道(41～43)，环形集气室(51～53)，主气流进气管道(61～63)，引射进气管道(71～73)；

所述引射进气管道(71～73)均布置在所述环形集气室(51～53)两侧的水平位置，环形集气室(51～53)为虾米弯结构；引射喷管连接管道(41～43)均匀布置在环形集气室(51～53)的后端，引射喷管连接管道(41～43)分两层穿过主气流进气管道(61～62)的壁面，引射喷管连接管道(41～43)的出口在主气流进气管道(61～63)内呈两个环形均匀布置在同一截面上，引射喷管连接管道(41～43)在主气流进气管道(61～63)内通过翼型肋板与主气流进气管道(61～63)的内壁连接；引射喷管连接管道(41～43)的进口与环形集气室(51～53)连接，引射喷管连接管道(41～43)的出口与引射喷管(31～33)连接；引射喷管(31～33)为锥形喷管，分成两个环形布置在混合室(21～23)的入口截面上，引射喷管(31～33)与引射喷管连接管道(41～43)采用法兰螺栓连接；混合室(21～23)为一段等直径管道，混合室(21～23)的下方设置固定支座。

3.如权利要求2所述的三级多喷管中心引射器，其特征在于：在第一级多喷管中心引射器中：引射进气管道(71)的口径为DN400，环形集气室(51)为六角形虾米弯结构，环形集气室(51)的内径为φ0.6m；设有12根口径为DN150的引射喷管连接管道(41)，引射喷管(31)的马赫数为3.6，12根引射喷管(31)分成两环，6个一环；主气流进气管道(61)的入口直径为1.5m，在引射喷管连接管道(41)前，主气流进气管道(61)的直径变为1.98m，在混合室(21)入口前，主气流进气管道(61)的直径变为1.71m；混合室内径为1.71m，混合室(21)长度为2.91m，混合室(21)出口通过所属膨胀节与第二级多喷管中心引射器的主气流进气管道(62)连接。

4.如权利要求2所述的三级多喷管中心引射器，其特征在于：在第二级多喷管中心引射器中：引射进气管道(72)的口径为DN600，环形集气室(52)为八角形虾米弯结构，环形集气室(52)的内径为φ0.8m；设有16根口径为DN200的引射喷管连接管道(42)，引射喷管(32)的马赫数为3.2，16根引射喷管(32)分成两环，8个一环；主气流进气管道(62)的入口直径为1.71m，在引射喷管连接管道(42)前，主气流进气管道(62)的直径变为2m，在混合室(22)入口前，主气流进气管道(62)的直径变为1.96m；混合室(22)的内径为φ1.96m，混合室(22)的长度为2.95m，混合室(22)出口通过膨胀节与第三级多喷管中心引射器的主气流进气管道(63)连接。

5.如权利要求2所述的三级多喷管中心引射器，其特征在于：在第三级多喷管中心引射器中：引射进气管道(73)的口径为DN1000，环形集气室(53)为六角形虾米弯结构，环形集气室(53)的内径为φ1.1m；设有18根口径为DN250的引射喷管连接管道(43)，引射喷管(33)的马赫数为2.8，18根引射喷管(33)分成两环，9个一环；主气流进气管道(63)的入口直径为1.96m，在引射喷管连接管道(43)前，主气流进气管道(63)的直径变为2.35m，在混合室(23)入口前，主气流进气管道(63)的直径变为2.23m；混合室(23)的内径为φ2.23m，混合室(23)的长度为5.5m，混合室(23)出口与风洞排气段连接。