CN106289786A - 用于发动机试车台排气系统的引射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于发动机试车台排气系统的引射器，按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，低压室内按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有引射气流输入段，引射气流收敛段，引射气流等直段，引射气流扩张段，低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，引射气流输入段，引射气流收敛段，引射气流等直段，引射气流扩张段均为中空回转体，引射气流输入段与低压室同轴，低压室的出口截面与引射气流扩张段的出口截面在同一竖直面。本发明的引射器，引射性能高，进而提高了试验的效率，降低了试验成本。

Description

用于发动机试车台排气系统的引射器

技术领域

本发明涉及一种引射器，尤其是一种用于发动机试车台排气系统的引射器。

背景技术

当在地面模拟发动机高空飞行状态时，通常先将发动机安装在高空模拟舱内，使用抽气设备对高空模拟舱进行抽气使得高空模拟舱内的压力与发动机高空飞行时所处高度的环境压力相同，再进行发动机点火，进行高空飞行模拟试验，在试验过程中要始终保持高空模拟舱内的压力与发动机高空飞行时所处高度的环境压力相同，这就需要即时将发动机排出的气体排出高空模拟舱，现有技术中，通常采用引射器进行抽气，引射器是用较高压引射气流引射低压(或无压)的被引射气流，完成引射气流抽吸被引射气流进行掺混喷射或输送的装置，由于引射器无运动零件，使用可靠，广泛用于发动机试车台排气系统；而对于提供引射气流的引射部以及掺混引射的掺混部的几何、位置关系是决定引射器性能的关键因素，而现有技术中对于发动机试车台排气系统的引射器，并未形成成熟、合理的引射部和掺混部相互之间的几何、位置关系，导致引射器的引射性能低下，降低了试验的效率，同时增加了试验成本。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种高引射性能的引射器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于发动机试车台排气系统的引射器，按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，所述低压室内按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有引射气流输入段，引射气流收敛段，引射气流等直段，引射气流扩张段，所述低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，引射气流输入段，引射气流收敛段，引射气流等直段，引射气流扩张段均为中空回转体，所述引射气流输入段与所述低压室同轴，所述低压室的出口截面与所述引射气流扩张段的出口截面在同一竖直面。

进一步的，所述引射气流输入段一端固定连接有导流锥，所述导流锥与所述引射气流输入段同轴，所述导流锥的顶点在所述低压室入口截面上。

进一步的，所述引射器包括引射气流输送管道，所述引射气流输送管道一端与所述引射气流输入段连接，另一端与高压气源连接。

进一步的，所述引射气流等直段的直径为D_akp1，所述引射气流扩张段的直径为D_a2，D_akp1和D_a2满足下列方程组：

$D_{akp1}=\sqrt{\frac{4S_{akp1}}{3.14}}---\left(1\right)$

$S_{akp1}=\frac{G_{a1}\×\sqrt{T_{ta1}}}{0.0404\×P_{takp1}}---\left(2\right)$

$P_{takp1}=\frac{P_{tam1}}{{\mathrm{\δ}}_1}---\left(3\right)$

$P_{tam1}=\frac{P_{am1}}{\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)}---\left(4\right)$

$\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)={(1+\frac{k-1}{2}{M_{a1}}^2)}^{-\frac{k}{k-1}}---\left(5\right)$

P_am1＝P_tb1 (6)

$G_{a1}=\frac{G_{b1}}{n_1}---\left(7\right)$

$D_{a2}=\sqrt{\frac{4S_{a2}}{3.14}}---\left(8\right)$

$S_{a2}=\frac{S_{akp1}}{{\mathrm{\δ}}_1*q\left(M_{a1}\right)}---\left(9\right)$

$q\left(M_{a1}\right)=\frac{M_{a1}{\left(0.5\right(k+1\left)\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}{{(1+0.5(k-1\left){M_{a1}}^2\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}---\left(10\right)$

上述方程组中：D_akp1：引射气流等直段的直径，单位为mm；S_akp1：引射气流等直段的面积，单位为mm²；G_a1：引射气流的流量，单位为kg/s；T_ta1：引射气流的温度，单位为K；P_takp1：引射气流等直段内的总压，单位为Mpa；P_tam1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的总压，单位为Mpa；δ₁：引射气流在引射气流扩张段的总压恢复系数；P_am1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压，单位为Mpa；M_a1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数；π(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压与总压比；k：比热比；P_tb1：被引射气流总压，单位为Mpa；G_b1：被引射气流的流量，单位为kg/s；n₁：引射系数；D_a2：引射气流扩张段的直径，单位为mm；S_a2：引射气流扩张段的面积，单位为mm²；q(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的速度系数；其中，引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数大于1，所述引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数由已知的被引射气流总压和被引射气流的流量确定，所述引射系数由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数和已知的引射气流的总温和被引射气流的总温确定。

进一步的，所述掺混等直段的直径为D_ckp1，长度为L_ckp1；掺混收敛段的直径为D_c11，收敛角为α₁，长度为L_c11；掺混扩张段的直径为D_c12，扩张角为α₂，长度为L_c12；D_ckp1，L_ckp1，D_c11，α₁₁，L_c11，D_c12，α₁₂，L_c12满足下列方程组：

$D_{ckp1}=\sqrt{\frac{4S_{ckp1}}{3.14}}---\left(11\right)$

S_ckp1＝S_akp1×f_ackp1 (12)

L_ckp1＝4×D_ckp1 (13)

$D_{c11}=\sqrt{\frac{4S_{c11}}{3.14}}---\left(14\right)$

S_c11＝1.95×S_ckp1 (15)

D_c11＝D_c12 (16)

$L_{c11}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c11}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{11}}{2}}---\left(17\right)$

$L_{c12}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c12}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{12}}{2}}---\left(18\right)$

上述方程组中：D_ckp1：掺混等直段的直径，单位为mm；S_ckp1：掺混等直段的面积，单位为mm²；f_ackp1：掺混等直段与引射气流引射气流等直段的面积比；L_ckp1：掺混等直段的长度，单位为mm；D_c11：掺混收敛段的直径，单位为mm；S_c11：掺混收敛段的面积，单位为mm²；D_c12：掺混扩张段的直径，单位为mm；L_c11：掺混收敛段的长度，单位为mm；α₁₁：掺混收敛段的收敛角，单位为°L_c12：掺混扩张段的长度，单位为mm；α₁₂：掺混扩张段的扩张角，单位为°；其中，掺混等直段与引射气流引射气流等直段的面积比由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数确定。

进一步的，所述掺混收敛段的收敛角满足：4°≤α₁₁≤5°，所述掺混扩张段的扩张角满足：4°≤α₁₂≤5°。

进一步的，所述掺混收敛段的收敛角和掺混扩张段的扩张角均为4.4°。

进一步的，所述低压室的直径为D₁，所述低压室的直径满足方程：D₁＝1.05×D_c11，其中，D₁的单位为mm。

进一步的，所述过渡段的长度为S₁，所述过渡段的长度满足方程：S₁＝D₁-D_c11，其中，S₁的单位为mm。

进一步的，所述掺混扩张段出口连接抽气设备或直接与大气接触。

与现有技术相比，本发明所述的用于发动机试车台排气系统的引射器，通过设置过渡段，并将低压室的出口截面与引射气流扩张段的出口截面在同一竖直面，同时明确了引射气流等直段的直径，引射气流扩张段直径，掺混等直段直径，长度；掺混收敛段直径，收敛角，长度；掺混扩张段直径，扩张角，长度；引射气流扩张段直径，低压室直径，过渡段长度之间的几何关系和/或数值，提高了引射器的引射性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

图1为本发明用于发动机试车台排气系统的引射器的示意图。

图2为本发明用于发动机试车台排气系统引射器的低压室的示意图。

图3为本发明用于发动机试车台排气系统引射器的掺混段的示意图。

具体实施方式

参见图1-3，一种用于发动机试车台排气系统的引射器，按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有低压室1，过渡段2，掺混收敛段3，掺混等直段4，掺混扩张段5，所述低压室1内按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有引射气流输入段9，引射气流收敛段6，引射气流等直段7，引射气流扩张段8，所述低压室1，过渡段2，掺混收敛段3，掺混等直段4，掺混扩张段5，引射气流输入段9，引射气流收敛段6，引射气流等直段7，引射气流扩张段8均为中空回转体，所述引射气流输入段9与所述低压室1同轴，所述低压室1的出口截面与所述引射气流扩张段8的出口截面在同一竖直面。

优选的，所述引射气流输入段9一端固定连接有导流锥10，所述导流锥10与所述引射气流输入段9同轴，所述导流锥10的顶点在所述低压室1入口截面上。

优选的，所述引射器包括引射气流输送管道11，所述引射气流输送管道11一端与所述引射气流输入段9连接，另一端与高压气源连接。

所述引射气流等直段7的直径为D_akp1，所述引射气流扩张段8的直径为D_a2，D_akp1和D_a2满足下列方程组：

$D_{akp1}=\sqrt{\frac{4S_{akp1}}{3.14}}---\left(1\right)$

$S_{akp1}=\frac{G_{a1}\×\sqrt{T_{ta1}}}{0.0404\×P_{takp1}}---\left(2\right)$

$P_{takp1}=\frac{P_{tam1}}{{\mathrm{\δ}}_1}---\left(3\right)$

$P_{tam1}=\frac{P_{am1}}{\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)}---\left(4\right)$

$\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)={(1+\frac{k-1}{2}{M_{a1}}^2)}^{-\frac{k}{k-1}}---\left(5\right)$

P_am1＝P_tb1 (6)

$G_{a1}=\frac{G_{b1}}{n_1}---\left(7\right)$

$D_{a2}=\sqrt{\frac{4S_{a2}}{3.14}}---\left(8\right)$

$S_{a2}=\frac{S_{akp1}}{{\mathrm{\δ}}_1*q\left(M_{a1}\right)}---\left(9\right)$

$q\left(M_{a1}\right)=\frac{M_{a1}{\left(0.5\right(k+1\left)\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}{{(1+0.5(k-1\left){M_{a1}}^2\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}---\left(10\right)$

上述方程组中：D_akp1：引射气流等直段的直径，单位为mm；S_akp1：引射气流等直段的面积，单位为mm²；G_a1：引射气流的流量，单位为kg/s；T_ta1：引射气流的温度，单位为K；P_takp1：引射气流等直段内的总压，单位为Mpa；P_tam1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的总压，单位为Mpa；δ₁：引射气流在引射气流扩张段的总压恢复系数；P_am1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压，单位为Mpa；M_a1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数；π(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压与总压比；k：比热比；P_tb1：被引射气流总压，单位为Mpa；G_b1：被引射气流的流量，单位为kg/s；n₁：引射系数；D_a2：引射气流扩张段的直径，单位为mm；S_a2：引射气流扩张段的面积，单位为mm²；q(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的速度系数；其中，引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数大于1，所述引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数由已知的被引射气流总压和被引射气流的流量确定，所述引射系数由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数和已知的引射气流的总温和被引射气流的总温确定。

优选的，所述掺混等直段4的直径为D_ckp1，长度为L_ckp1；掺混收敛段3的直径为D_c11，收敛角为α₁，长度为L_c11；掺混扩张段5的直径为D_c12，扩张角为α₂，长度为L_c12；D_ckp1，L_ckp1，D_c11，α₁₁，L_c11，D_c12，α₁₂，L_c12满足下列方程组：

$D_{ckp1}=\sqrt{\frac{4S_{ckp1}}{3.14}}---\left(11\right)$

S_ckp1＝S_akp1×f_ackp1 (12)

L_ckp1＝4×D_ckp1 (13)

$D_{c11}=\sqrt{\frac{4S_{c11}}{3.14}}---\left(14\right)$

S_c11＝1.95×S_ckp1 (15)

D_c11＝D_c12 (16)

$L_{c11}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c11}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{11}}{2}}---\left(17\right)$

$L_{c12}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c12}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{12}}{2}}---\left(18\right)$

上述方程组中：D_ckp1：掺混等直段的直径，单位为mm；S_ckp1：掺混等直段的面积，单位为mm²；f_ackp1：掺混等直段与引射气流引射气流等直段的面积比；L_ckp1：掺混等直段的长度，单位为mm；D_c11：掺混收敛段的直径，单位为mm；S_c11：掺混收敛段的面积，单位为mm²；D_c12：掺混扩张段的直径，单位为mm；L_c11：掺混收敛段的长度，单位为mm；α₁₁：掺混收敛段的收敛角，单位为°L_c12：掺混扩张段的长度，单位为mm；α₁₂：掺混扩张段的扩张角，单位为°；其中，掺混等直段与引射气流引射气流等直段的面积比由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数确定。

优选的，所述掺混收敛段的收敛角满足：4°≤α₁₁≤5°，所述掺混扩张段的扩张角满足：4°≤α₁₂≤5°。

优选的，所述掺混收敛段的收敛角和掺混扩张段的扩张角均为4.4°。

优选的，所述低压室1的直径为D₁，所述低压室1的直径满足方程：D₁＝1.05×D_c11，其中，D₁的单位为mm。

优选的，所述过渡段2的长度为S₁，所述过渡段2的长度满足方程：S₁＝D₁-D_c11，其中，S₁的单位为mm。

优选的，所述掺混扩张段5出口连接抽气设备或直接与大气接触。

本发明所述引射器的工作原理为：高压气源内的高压气体通过引射气流输送管道进入引射气流输入段，所述高压气体经过类拉瓦尔喷管形状的引射气流收敛段，引射气流等直段，引射气流扩张段后形成超音速高压气流，进而引射沿导流锥从低压室入口进入的低压的被引射气流，高压的超音速引射气流和低压的被引射气流在类拉瓦尔喷管形状的掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段充分混合，提高了被引射气流的静压，当掺混后的混合气流静压大于等于0.11Mpa时，引射器出口可直接与大气连通，当掺混后的混合气流静压小于0.11Mpa时，引射器出口仍需再连接一级引射器。

最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳的实施例对本发明进行了详细说明，本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替代，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种用于发动机试车台排气系统的引射器，其特征在于，所述引射器按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有低压室(1)，过渡段(2)，掺混收敛段(3)，掺混等直段(4)，掺混扩张段(5)，所述低压室(1)内按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有引射气流输入段(9)，引射气流收敛段(6)，引射气流等直段(7)，引射气流扩张段(8)，所述低压室(1)，过渡段(2)，掺混收敛段(3)，掺混等直段(4)，掺混扩张段(5)，引射气流输入段(9)，引射气流收敛段(6)，引射气流等直段(7)，引射气流扩张段(8)均为中空回转体，所述引射气流输入段(9)与所述低压室(1)同轴，所述低压室(1)的出口截面与所述引射气流扩张段(8)的出口截面在同一竖直面。

2.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，所述引射气流输入段(9)一端固定连接有导流锥(10)，所述导流锥(10)与所述引射气流输入段(9)同轴，所述导流锥(10)的顶点在所述低压室(1)入口截面上。

3.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，包括引射气流输送管道(11)，所述引射气流输送管道(11)一端与所述引射气流输入段(9)连接，另一端与高压气源连接。

4.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，所述引射气流等直段(7)的直径为D_akp1，所述引射气流扩张段(8)的直径为D_a2，所述D_akp1和D_a2满足下列方程组：

$D_{akp1}=\sqrt{\frac{4S_{akp1}}{3.14}}---\left(1\right)$

$S_{akp1}=\frac{G_{a1}\×\sqrt{T_{ta1}}}{0.0404\×P_{takp1}}---\left(2\right)$

$P_{takp1}=\frac{P_{tam1}}{{\mathrm{\δ}}_1}---\left(3\right)$

$P_{tam1}=\frac{P_{am1}}{\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)}---\left(4\right)$

$\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)={\left(1+\frac{k-1}{2}{M_{a1}}^2\right)}^{-\frac{k}{k-1}}---\left(5\right)$

P_am1＝P_tb1 (6)

$G_{a1}=\frac{G_{b1}}{n_1}---\left(7\right)$

$D_{a2}=\sqrt{\frac{4S_{a2}}{3.14}}---\left(8\right)$

$S_{a2}=\frac{S_{akp1}}{{\mathrm{\δ}}_1*q\left(M_{a1}\right)}---\left(9\right)$

$q\left(M_{a1}\right)=\frac{M_{a1}{\left(0.5\right(k+1\left)\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}{{(1+0.5(k-1\left){M_{a1}}^2\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}---\left(10\right)$

上述方程组中：D_akp1：引射气流等直段的直径，单位为mm；S_akp1：引射气流等直段的面积，单位为mm²；G_a1：引射气流的流量，单位为kg/s；T_ta1：引射气流的温度，单位为K；P_takp1：引射气流等直段内的总压，单位为Mpa；P_tam1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的总压，单位为Mpa；δ₁：引射气流在引射气流扩张段的总压恢复系数；P_am1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压，单位为Mpa；M_a1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数；π(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压与总压比；k：比热比；P_tb1：被引射气流总压，单位为Mpa；G_b1：被引射气流的流量，单位为kg/s；n₁：引射系数；D_a2：引射气流扩张段的直径，单位为mm；S_a2：引射气流扩张段的面积，单位为mm²；q(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的速度系数；其中，引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数大于1，所述引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数由已知的被引射气流总压和被引射气流的流量确定，所述引射系数由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数和已知的引射气流的总温和被引射气流的总温确定。

5.根据权利要求4所述的引射器，其特征在于，所述掺混等直段(4)的直径为D_ckp1，长度为L_ckp1；掺混收敛段(3)的直径为D_c11，收敛角为α₁，长度为L_c11；所述掺混扩张段(5)的直径为D_a2，扩张角为α₂，长度为L_c12；所述D_ckp1，L_ckp1，D_c11，α₁₁，L_c11，D_c12，α₁₂，L_c12满足下列方程组：

$D_{ckp1}=\sqrt{\frac{4S_{ckp1}}{3.14}}---\left(11\right)$

S_ckp1＝S_akp1×f_ackp1 (12)

L_ckp1＝4×D_ckp1 (13)

$D_{c11}=\sqrt{\frac{4S_{c11}}{3.14}}---\left(14\right)$

S_c11＝1.95×S_ckp1 (15)

D_c11＝D_c12 (16)

$L_{c11}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c11}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{11}}{2}}---\left(17\right)$

$L_{c12}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c12}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{12}}{2}}---\left(18\right)$

上述方程组中：D_ckp1：掺混等直段的直径，单位为mm；S_ckp1：掺混等直段的面积，单位为mm²；f_ackp1：掺混等直段与引射气流引射气流等直段的面积比；L_ckp1：掺混等直段的长度，单位为mm；D_c11：掺混收敛段的直径，单位为mm；S_c11：掺混收敛段的面积，单位为mm²；D_c12：掺混扩张段的直径，单位为mm；L_c11：掺混收敛段的长度，单位为mm；α₁₁：掺混收敛段的收敛角，单位为°L_c12：掺混扩张段的长度，单位为mm；α₁₂：掺混扩张段的扩张角，单位为°；其中，掺混等直段与引射气流引射气流等直段的面积比由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数确定。

6.根据权利要求5所述的引射器，其特征在于，所述掺混收敛段的收敛角满足：4°≤α₁₁≤5°，所述掺混扩张段的扩张角满足：4°≤α₁₂≤5°。

7.根据权利要求5所述的引射器，其特征在于，所述掺混收敛段的收敛角和掺混扩张段的扩张角均为4.4°。

8.根据权利要求5所述的引射器，其特征在于，所述低压室(1)的直径为D₁，所述低压室(1)的直径满足方程：D₁＝1.05×D_c11，其中，D₁的单位为mm。

9.根据权利要求8所述的引射器，其特征在于，所述过渡段(2)的长度为S₁，所述过渡段(2)的长度满足方程：S₁＝D₁-D_c11，其中，S₁的单位为mm。

10.根据权利要求1所述的引射器，其特征在于，所述掺混扩张段(5)出口连接抽气设备或直接与大气接触。