CN104847708A - 超声速引射器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种超声速引射器。其包括进气压力室、引射喷管、超声速扩压段和壳体圆筒，所述引射喷管是利用混合室将多级拉瓦尔喷管串联后再通过混合室与尾喷管串联而构成的，所述拉瓦尔喷管的扩张部分的周壁上均开设有顺向进气槽，所述引射喷管的前端与所述进气压力室相连，其后端的尾喷管出口套接在所述超声速扩压段内，所述进气压力室、所述引射喷管和所述超声速扩压段均以与所述壳体圆筒同中轴线的方式安装固定在所述壳体圆筒内。根据本发明的超声速空气引射器，充分利用空气的压力能，气体分级膨胀压缩，混合充分，效率高，采用中心对称结构，制造加工简单、成本低。

Description

超声速引射器
技术领域
本发明涉及一种超声速引射器，尤其涉及一种超声速喷管串联、分级进气的中心喷管超声速引射器，属于空气动力学领域。
背景技术
超声速引射器在抽真空和提高被引射气体总压方面被广泛应用，具体讲，压力较高的引射气流，以很高的速度从喷嘴喷出，进入混合室，在射流的紊动、扩散作用下，卷吸周围压力较低的流体，两种流体在混合室内混合，进行动量交换，在流动过程中速度差减小，并变的均匀，这种气体引射器，超声速风洞和化学激光器上应用成熟。
引射器主要由引射喷管、混合室、扩压器等组成。常用的喷管形式有中心喷管，环形喷管，多点分布式喷管。喷管安装在混合室的进口处，通过一定面积比的设计，混合气流在混合室进行能量交换，提高被引射气体的静压，混合充分的气流经过扩压段减速增压，排到下游或者直接排到大气中。
引射喷管是引射器的核心部件，先进的引射喷管应该结构简单，性能优良，易于制造。常规的引射喷管仅靠一次喉道加速引射气体，在较短的距离内喷入混合室，产生二次膨胀，靠湍流黏性力的作用与被引射气流混合，混合过程复杂，速度慢，需要的混合室较长，因此改变引射喷管的形状，在引射气流和被引射气流之间扩大混合面积，是解决混合效率的途径之一。
中心型引射器是较早时用的引射器，混合距离长，效率低，需要的混合室最长。环形引射器，所需混合距离短，气流膨胀时，气流与壁面的干扰损失大，在大口径引射装置中，横向掺混距离长，混合效率低。近年来，为了改善引射器的性能，设计出不同结构的引射器。例如，波瓣强化混合结构的工作喷嘴，作用是增大两股气流的混合面积，增加了引射系数，提高了混合效率，缩短了混合距离。多喷管射流，脉冲射流，旋转射流等，来提高引射效率，除了在固定的合理结构基础上，改善流动外，还采用可调式引射器来满足两种气流变化较大的需要。
现有形式的引射器装置，加速引射气流的喷管均为拉瓦尔喷管，布局形式为中心喷管、环形喷管，分布式多喷管，气体都属于喷管单级膨胀，喷出到混合室与被引射气流掺混，在一定的运行压力下，能够发挥其高效率，但是调试达到最佳的性能很困难，例如目前运行的CAAA的FD-07风洞，为了配合不同流量的风洞主气流，引射器一直运行在非临界状态，效率很低。有的场合，气源压力较高，使用环形喷管，或者单级喷管，喷出的气流来不及膨胀，在管道内变成激波串，成为干扰损失。有的场合为了配合引射器的启动和运行，把高压气源降压后使用，浪费了压力能，例如FD-03风洞引射器，就是把11.0MPa的高压气源降压到3.0MPa使用。
发明内容
本发明旨在提供一种超声速空气引射器，能够有效利用气源的压力能，高压引射空气充分膨胀，被引射气流多级进气混合，达到压力能充分释放，被引射气流分步增压的目的。特别是引射气体压力高于1.5MPa的场合，进行气流多级膨胀混合，达到有效利用能源的目的。
本发明的超声速引射器包括进气压力室、引射喷管、超声速扩压段和壳体圆筒，所述引射喷管是利用混合室将多级拉瓦尔喷管串联后再通过混合室与尾喷管串联而构成的，所述拉瓦尔喷管的扩张部分的周壁上均开设有顺向进气槽，所述引射喷管的前端与所述进气压力室相连，其后端的尾喷管出口套接在所述超声速扩压段内，所述进气压力室、所述引射喷管和所述超声速扩压段均以与所述壳体圆筒同中轴线的方式安装固定在所述壳体圆筒内。
优选所述进气压力室为筒状体，其周壁上沿圆周均布有3个方形通气管，所述进气压力室的一端焊接有尖形封头，其另一端用焊接方式与所述引射喷管的进气端连接。
优选所述引射喷管为一级引射喷管结构，即，由一级所述拉瓦尔喷管通过混合室与所述尾喷管串联而构成。
优选所述引射喷管为二级引射喷管结构，即，由一级所述拉瓦尔喷管通过混合室与二级所述拉瓦尔喷管串联，再通过混合室与所述尾喷管串联而构成。
优选所述超声速扩压段与所述尾喷管出口之间留有缝隙，以引入被引射气流。
本发明与现有技术相比，优点体现在：
(1)采用喷管串联分级进气，气流混合充分。
(2)充分利用气体压力能，气体充分膨胀。
(3)易于加工，安装简单。
附图说明
图1为超声速空气引射器结构图。
图2为引射喷管结构图。
图3为单级引射喷管结构图。
图4(1)为进气压力室纵截面图，(2)进气压力室的横截面图。
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。
当引射器气源的压力较高时，使用喷管对气体的多次膨胀压缩，采取串联式分级进气，来提高混合效率，降低压力损失。合理分配各级之间的进气量，对于提高引射效率尤为重要。图1为超声速引射器结构图，引射器包括：进气压力室1、喷管2、混合室3、喷管4、混合室5、尾喷管6、超声速扩压段7和壳体圆筒8。根据本发明设计，上述喷管2和喷管4均为拉瓦尔喷管，其扩张部分的周壁上均开设有顺向进气槽。喷管2、混合室3、喷管4、混合室5和尾喷管6串联构成一个总的引射喷管，其分级进气的流量比例为1∶2∶3，喷管Ma数为4，、3、2，在一定的压力下，引射性能最佳。引射气流通过喷管加速，吸入被引射气流，在混合室进行压力恢复，最后混合的气流通过尾喷管出口，进入超声速扩压段7，被引射气流通过尾喷管和超声速扩压段7的间隙进入，进行混合。混合气流进一步增压变为亚声速气流，通过超声速扩压段7排到大气中。如图1所示，进气压力室1、引射喷管和超声速扩压段7均以与壳体圆筒8同中轴线的方式安装固定在壳体圆筒8内。引射喷管的尾喷管6出口套接在超声速扩压段7中，在两者之间留有缝隙，以引入被引射气流。
上述串联的引射喷管的级数可以根据需要而改变，图2为二级引射喷管结构图，进气压力室1连接喷管2，进气压力室1作为进气的压力驻室，提供稳定的压力。喷管2的扩张部分，开有顺向槽，用于引入被引射气流，混合段3是接受两种混合气流，进行混合的管道，两种气流变为亚声速状态，有一定的总压。进入二级喷管4，重新把亚声速气流变为超声速。扩张段的开槽部分，引入被引射气流，两种气流混合，进入混合段5，超声速气流重新变为亚声速状态。混合充分的气流进入尾喷管6，加速为超声速气流。
图3为单级进气喷管结构图，进气压力室1连接喷管2，喷管2的扩张部分有顺向进气槽，通过混合段3，连接尾喷管6。用于气源压力稍低、流量小，总长度受限的场合。
图4为进气压力室结构图，在圆筒主体1-2上，前端焊接尖状封头1-1，圆筒主体1-2的中间部分，沿径向均匀布局3个方形通气管1-3，焊接在园筒主体1-2上，作为气体的输入通道，圆筒主体1-2后端焊接在喷管2的进气端上。进气压力室1主要是稳定进入喷管的气流压力，在喷管管前形成一定的总压，当达到一定的压力比时，在喷管的出口，产生超声速气流。本实施例，进气压力室1的耐压为6.4MPa，圆筒主体内径为30mm。
以上是对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不现定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见的能够想象到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。

Claims (5)

1.一种超声速引射器，其特征在于：包括进气压力室、引射喷管、超声速扩压段和壳体圆筒，所述引射喷管是利用混合室将多级拉瓦尔喷管串联后再通过混合室与尾喷管串联而构成的，所述拉瓦尔喷管的扩张部分的周壁上均开设有顺向进气槽，所述引射喷管的前端与所述进气压力室相连，其后端的尾喷管出口套接在所述超声速扩压段内，所述进气压力室、所述引射喷管和所述超声速扩压段均以与所述壳体圆筒同中轴线的方式安装固定在所述壳体圆筒内。
2.根据权利要求1所述的超声速引射器，其特征在于：所述进气压力室为筒状体，其周壁上沿圆周均布有3个方形通气管，所述进气压力室的一端焊接有尖形封头，其另一端用焊接方式与所述引射喷管的进气端连接。
3.根据权利要求1所述的超声速引射器，其特征在于：所述引射喷管为一级引射喷管结构，即，由一级所述拉瓦尔喷管通过混合室与所述尾喷管串联而构成。
4.根据权利要求1所述的超声速引射器，其特征在于：所述引射喷管为二级引射喷管结构，即，由一级所述拉瓦尔喷管通过混合室与二级所述拉瓦尔喷管串联，再通过混合室与所述尾喷管串联而构成。
5.根据权利要求1所述的超声速引射器，其特征在于：所述超声速扩压段与所述尾喷管出口之间留有缝隙，以引入被引射气流。
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