CN106289787B - 用于发动机试车台排气系统的尾室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于发动机试车台排气系统的尾室，包括固定大尾室和可更换小尾室，固定大尾室包括固定连接的尾室收敛段，尾室等直段和尾室扩张段，可更换小尾室包括固定连接的小尾室法兰和小尾室筒体，小尾室筒体与尾室收敛段同轴设置在尾室收敛段内并与尾室收敛端连接，固定大尾室与设置在高空模拟舱内的尾室支架固定连接，膨胀波纹管一端与尾室等直段出口连接，另一端与高空模拟舱连接；发动机和尾室收敛段设置在高空模拟舱内，尾室扩张段设置在高空模拟舱外，发动机为超音速发动机；固定大尾室设有循环冷却水装置和冷却水喷水装置。本发明的尾室可以满足不同超音速发动机地面模拟高空飞行状态的试验要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于发动机试车台排气系统的尾室，尤其是一种用于超音速发动机试车台排气系统的尾室。
背景技术
当在地面模拟超音速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，这就需要即时将超音速发动机排出的气体排出高空模拟舱，现有技术中，通常采用引射器或真空罐进行抽气，而高空模拟舱外的压力通常为0.11MPa，而超音速发动机飞行高度的环境压力则仅为大气压力的0.1倍，甚至0.01倍，排气系统的增压比要达到10到100，对应的排气系统进口的流量每秒则高达十几千克甚至上百千克，这样大的增压比和被引射流量，仅靠引射器的增压，必须三到四级串联，如果采用真空罐，则真空罐的体积要高达上万立方米，由此可见，无论单独采用引射器或真空罐作为抽气设备，均需要庞大的结构，不仅效率低下，费用也十分昂贵；其次，发动机试车台通常需对多种发动机进行高空飞行模拟，而不同的发动机，发动机的尺寸、发动机尾喷管尺寸、发动机出口流量均不同，使用一套抽气设备，无法满足多种发动机的试验要求；此外，高空飞行的发动机所排出的气体为高温气体，其温度通常在350℃以上，当发动机排出的高温气体在金属管道内部流动时，由于金属热胀冷缩的属性，管道会发生轴向膨胀，当高温介质流动过后，随着金属管道恢复常温，金属管道会缩短为原有长度，现有管道支架无法吸收金属管道由于热胀冷缩而引起的轴向长度变化，进而导致管道支架变形甚至断裂，同时管道与高空模拟舱固定连接处也会发生变形甚至断裂。
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超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置以满足不同超音速发动机在地面模拟高空飞行状态的试验要求。
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尾室，包括固定大尾室和可更换小尾室，按照发动机尾喷管出口排气流动方向，所述固定大尾室包括同轴依次通过法兰固定连接的尾室收敛段，尾室等直段和尾室扩张段，所述可更换小尾室包括同轴固定连接的小尾室法兰和小尾室筒体，所述小尾室筒体与所述尾室收敛段同轴的设置在所述尾室收敛段内，所述小尾室法兰和所述尾室收敛段入口的法兰连接；所述固定大尾室与设置在高空模拟舱内的尾室支架固定连接，所述尾室等直段出口法兰与膨胀波纹管一端的法兰连接，所述膨胀波纹管的另一端与高空模拟舱固定连接；所述尾室收敛段、尾室等直段、尾室扩张段和可更换小尾室均为中空回转体；具有发动机尾喷管的发动机和所述尾室收敛段设置在高空模拟舱内，所述尾室扩张段设置在高空模拟舱外，所述发动机为超音速发动机；所述尾室收敛段，尾室等直段和尾室扩张段均设有循环冷却水装置和冷却水喷水装置。
进一步的，所述尾室收敛段包括尾室收敛段循环水进水环，尾室收敛段循环水排水环，尾室收敛段循环水环，尾室收敛段喷水环，尾室收敛段内筒，尾室收敛段外筒；所述尾室收敛段内筒和尾室收敛段外筒之间通过轴向设置的尾室收敛段钢筋固定连接，所述尾室收敛段循环水进水环一端与尾室收敛段出口的法兰固定连接，另一端与尾室收敛段外筒固定连接，所述尾室收敛段循环水排水环一端与尾室收敛段进口的法兰固定连接，另一端与尾室收敛段外筒固定连接，所述尾室收敛段循环水进水环和尾室收敛段循环水排水环之间设置有尾室收敛段循环水环和尾室收敛段喷水环，所述尾室收敛段循环水环和尾室收敛段喷水环在轴向上依次交替设置，所述尾室收敛段喷水环内设置有喷嘴，所述喷嘴依次穿过尾室收敛段外筒和所述尾室收敛段内筒，所述尾室收敛段循环水进水环和尾室收敛段循环水排水环所在的圆周上，尾室收敛段外筒分别设置有循环水进水孔和循环水排水孔，循环水通过所述循环水进水孔进入所述尾室收敛段内筒和尾室收敛段外筒之间的夹层并通过夹层在尾室收敛段循环水环流动后进入尾室收敛段循环水排水环并通过所述循环水排水孔排出；所述尾室收敛段循环水进水环，尾室收敛段循环水排水环上设置有循环水管接头，所述尾室收敛段喷水环上设置有冷却喷水管接头。
进一步的，所述尾室等直段包括尾室等直段循环水进水环，尾室等直段循环水排水环，尾室等直段循环水环，尾室等直段喷水环，尾室等直段内筒，尾室等直段外筒；所述尾室等直段内筒和尾室等直段外筒之间通过轴向设置的尾室等直段钢筋固定连接，所述尾室等直段循环水进水环一端与尾室等直段进口的法兰固定连接，另一端与尾室等直段外筒固定连接，所述尾室等直段循环水排水环一端与尾室等直段出口的法兰固定连接，另一端与尾室等直段外筒固定连接，所述尾室等直段循环水进水环和尾室等直段循环水排水环之间设置有尾室等直段循环水环和尾室等直段喷水环，所述尾室等直段循环水环和尾室等直段喷水环在轴向上依次交替设置，所述尾室等直段喷水环内设置有喷嘴，所述喷嘴依次穿过尾室等直段外筒和所述尾室等直段内筒，所述尾室等直段循环水进水环和尾室等直段循环水排水环所在的圆周上，尾室等直段外筒分别设置有循环水进水孔和循环水排水孔，循环水通过所述循环水进水孔进入所述尾室等直段内筒和尾室等直段外筒之间的夹层并通过夹层在尾室等直段循环水环流动后进入尾室等直段循环水排水环并通过所述循环水排水孔排出；所述尾室等直段循环水进水环，尾室等直段循环水排水环上设置有循环水管接头，所述尾室等直段喷水环上设置有冷却喷水管接头。
进一步的，所述尾室扩张段包括尾室扩张段循环水进水环，尾室扩张段循环水排水环，尾室扩张段循环水环，尾室扩张段喷水环，尾室扩张段内筒，尾室扩张段外筒；所述尾室扩张段内筒和尾室扩张段外筒之间通过轴向设置的尾室扩张段钢筋固定连接，所述尾室扩张段循环水进水环一端与尾室扩张段进口的法兰固定连接，另一端与尾室扩张段外筒固定连接，所述尾室扩张段循环水排水环一端与尾室扩张段出口的法兰固定连接，另一端与尾室扩张段外筒固定连接，所述尾室扩张段循环水进水环和尾室扩张段循环水排水环之间设置有尾室扩张段循环水环和尾室扩张段喷水环，所述尾室扩张段循环水环和尾室扩张段喷水环在轴向上依次交替设置，所述尾室扩张段喷水环内设置有喷嘴，所述喷嘴依次穿过尾室扩张段外筒和所述尾室扩张段内筒，所述尾室扩张段循环水进水环和尾室扩张段循环水排水环所在的圆周上，尾室扩张段外筒分别设置有循环水进水孔和循环水排水孔，循环水通过所述循环水进水孔进入所述尾室扩张段内筒和尾室扩张段外筒之间的夹层并通过夹层在尾室扩张段循环水环流动后进入尾室扩张段循环水排水环并通过所述循环水排水孔排出；所述尾室扩张段循环水进水环，尾室扩张段循环水排水环上设置有循环水管接头，所述尾室扩张段喷水环上设置有冷却喷水管接头。
进一步的，所述喷嘴包括喷嘴体，喷嘴内盖板，筒体；所述喷嘴体包括喷嘴外盖板，喷嘴圆环，离心进液孔，喷嘴孔，过渡锥孔，所述喷嘴外盖板为圆柱体，所述喷嘴外盖板与所述喷嘴圆环一端面同轴固定连接，沿固定连接的喷嘴外盖板和喷嘴圆环的中轴线，喷嘴圆环到喷嘴外盖板方向上，所述喷嘴外盖板内依次设置有过渡锥孔和喷嘴孔，所述过渡锥孔一端直径与喷嘴孔直径相同，另一端直径与喷嘴圆环的内径相同；所述喷嘴圆环的侧壁设置有离心进液孔；所述喷嘴内盖板为圆柱体，所述喷嘴内盖板中心设有直流进液孔，所述直流进液孔与所述喷嘴孔同轴，所述喷嘴内盖板与所述喷嘴圆环另一端面同轴固定连接，所述直流进液孔的直径小于所述喷嘴孔的直径；所述喷嘴体和喷嘴内盖板设置在所述筒体内，所述喷嘴外盖板与所述筒体一端同轴固定连接。
进一步的，所述尾室支架包括尾室支架固定架，尾室支架托架，尾室支架导向座，尾室支架底板，尾室支架上滚轮导向板，尾室支架下滚轮导向板，尾室支架滚轮组件，尾室支架固定支架；所述尾室支架固定架与所述尾室支架托架固定连接，所述尾室支架固定架设置有与所述尾室等直段入口的法兰孔相对应的通孔；所述固定连接的尾室支架固定架和尾室支架托架下端与尾室支架底板固定连接，所述尾室支架底板上表面固定设置有尾室支架导向座，所述尾室支架导向座为2个，每个所述尾室支架导向座上设置有销孔，定位销分别穿过2个所述尾室支架导向座上的销孔将2个所述尾室支架导向座连接；所述尾室支架底板下表面设置有尾室支架上滚轮导向板，所述尾室支架固定支架下部固定设置在高空模拟舱内，所述尾室支架固定支架上表面与所述尾室支架下滚轮导向板下表面固定连接；所述尾室支架滚轮组件设置在所述尾室支架上滚轮导向板和所述尾室支架下滚轮导向板之间，所述尾室支架滚轮组件包括尾室支架滚轮和尾室支架框架，所述尾室支架滚轮设置在尾室支架框架内，所述固定连接的尾室支架固定架和尾室支架托架与所述尾室支架底板之间设置有尾室支架加强筋。
进一步的，所述尾室收敛段入口的直径为Dw，收敛角为αwr；所述尾室等直段的直径Dwkp，长度为Lwkp；所述尾室扩张段出口的直径为Dwc，扩张角为αwc；所述Dw，Dwkp，Lwkp满足下列方程组：
Lwkp＝4Dwkp (7)；
上述方程组中：Mw：尾室收敛段入口马赫数；k：比热比；π(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的静压与总压比值；Pw：尾室收敛段入口马赫数对应的静压，单位为pa；Pt5：尾室收敛段入口马赫数对应的总压，单位为pa；Dw：尾室收敛段入口的直径，单位为mm；d4kp：发动机喉道直径，单位为mm；尾室收敛段入口马赫数对应的正激波后与正激波前的总压比；q(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的速度系数；Dwkp：尾室等直段的直径，单位为mm；Lwkp：尾室等直段的长度，单位为mm；
其中，尾室收敛段入口马赫数对应的静压与超音速发动机高空飞行时真实的环境压力相同，尾室收敛段入口马赫数对应的总压与超音速发动机的发动机尾喷管的出口马赫数对应的总压相同，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数大于1，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数对应的总压，超音速发动机高空飞行时真实的环境压力，比热比以及发动机喉道直径为超音速发动机固有的已知参数，上述方程组中的参数：Mw，k，π(Mw)，Pw，Pt5，Ww，d4kp，q(Mw)，Dwkp，Lwkp均为发动机试车台中所有试验的发动机中，发动机尾喷管出口流量最大的发动机对应的参数。
进一步的，所述收敛角满足：0＜αwr≤12°；所述扩张角满足0＜αwc≤12°。
进一步的，所述可更换小尾室的直径为Dwx，所述Dwx满足下列方程组：
上述方程组中：Mwx：可更换小尾室入口马赫数；π(Mwx)：可更换小尾室入口马赫数对应的静压与总压比值；Pwx：可更换小尾室入口马赫数对应的静压，单位为pa；Pt5x：可更换小尾室入口马赫数对应的总压，单位为pa；Dwx：可更换小尾室入口直径，单位为mm；d4kpx：发动机试车台中所有试验的发动机中，除发动机尾喷管出口流量最大的发动机以外的发动机的发动机喉道直径，单位为mm；
其中，可更换小尾室入口马赫数对应的静压与超音速发动机高空飞行时真实的环境压力相同，可更换小尾室入口马赫数对应的总压与超音速发动机的发动机尾喷管的出口马赫数对应的总压相同，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数大于1，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数对应的总压，超音速发动机高空飞行时真实的环境压力，比热比以及发动机试车台中所有试验的发动机中，除发动机尾喷管出口流量最大的发动机以外的发动机的发动机喉道直径为超音速发动机固有的已知参数，上述方程组中的参数：Mwx，π(Mwx)，Pwx，Pt5x，Dwx，d4kpx，均为发动机试车台中所有试验的发动机中，除发动机尾喷管出口流量最大的发动机以外的超音速发动机对应的参数。
进一步的，所述尾室扩张段的出口连接引射器或真空罐。
设置本发明所述的用于发动机试车台排气系统的尾室后，当发动机出口流量最大的试验发动机进行试验时，发动机尾喷管出口排出的超音速气流进入到尾室收敛段，通过拉瓦尔喷管形装的尾室结构，通过一系列的激波作用，最终降为亚音速，尾室收敛段入口马赫数对应的正激波后的总压Ptw，尾室收敛段入口马赫数对应的高空模拟舱的静压PW以及尾室的增压比满足公式(11)-(13)；
当除发动机出口流量最大的试验发动机以外的试验发动机进行试验时，发动机尾喷管出口排出的超音速气流进入到对应的可更换小尾室中，通过类拉瓦尔喷管形状的尾室结构，通过一系列的激波作用，最终降为亚音速可更换小尾室入口马赫数对应的正激波后的总压Ptwx，可更换小尾室入口马赫数对应的高空模拟舱的静压PWx以及尾室的增压比满足公式(14)-(17)；
其中，为可更换小尾室入口马赫数对应的正激波后与正激波前的总压比。
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尾室具有以下有益技术效果：
(1)通过类拉瓦尔喷管形状的尾室模拟技术，在系列激波作用下，将发动机尾喷管的动能有效地滞止下来，大于1的增压比提高后续抽气设备被动流进口静压，降低后续抽气设备所需增压比，进而减少了后续抽气设备的引射器级数或真空罐的体积，降低了成本；
(2)设置可更换小尾室结构，一种发动机尾喷管尺寸的发动机对应一种更换小尾室，满足了多种尺寸发动机试验的需求；
(3)本发明采用循环冷却和喷水冷却相结合的方式，提高了冷却效率；同时，本发明所采用的喷嘴，通过设置与喷嘴孔喷同轴的直流进液孔以及喷嘴圆环的侧壁的离心进液孔，形成了具有中心长距离，周围短距离的大覆盖面积的冷却液，提高了冷却效率。
(4)通过设置尾室活动支架和膨胀波纹管，吸收金属管道由于热胀冷缩而引起的轴向长度变化。
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为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的内部结构示意图。
图2为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的外部结构示意图。
图3为图1中沿A-A的剖视图。
图4为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的尾室收敛段的结构示意图。
图5为图4中A部的放大视图。
图6为图4中B部的放大视图。
图7为图4中沿B-B的剖视图。
图8为图7中C部的放大视图。
图9为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的尾室等直段的结构示意图。
图10为图9中D部的放大视图。
图11为图9中E部的放大视图。
图12为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的尾室扩张段的结构示意图。
图13为图12中F部的放大视图。
图14为图12中G部的放大视图。
图15为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的可更换小尾室的结构示意图。
图16为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的喷嘴的立体图。
图17为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的喷嘴的内部结构图。
图18为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室喷嘴的喷嘴体的示意图。
图19为图18中沿A-A的剖视图。
图20为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的尾室活动支架的主视图。
图21为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的尾室活动支架的左视图。
图22为本发明的用于发动机试车台排气系统的尾室的尾室活动支架的尾室滚轮组件示意图。
具体实施方式
参见图1-22，一种用于发动机试车台排气系统的尾室，包括固定大尾室和可更换小尾室50，按照发动机尾喷管3出口排气流动方向，所述固定大尾室包括同轴依次通过法兰固定连接的尾室收敛段20，尾室等直段30和尾室扩张段40，所述可更换小尾室50包括同轴固定连接的小尾室法兰52和小尾室筒体51，所述小尾室筒体51与所述尾室收敛段20同轴的设置在所述尾室收敛段20内，所述小尾室法兰52和所述尾室收敛段20入口的法兰连接；所述固定大尾室与设置在高空模拟舱1内的尾室支架70固定连接，所述尾室等直段30出口法兰与膨胀波纹管4一端的法兰连接，所述膨胀波纹管4的另一端与高空模拟舱1固定连接；所述尾室收敛段20、尾室等直段30、尾室扩张段40和可更换小尾室50均为中空回转体；具有发动机尾喷管3的发动机2和所述尾室收敛段20设置在高空模拟舱1内，所述尾室扩张段40设置在高空模拟舱1外，所述发动机2为超音速发动机；所述尾室收敛段20，尾室等直段30和尾室扩张段40均设有循环冷却水装置和冷却水喷水装置。
优选的，所述尾室收敛段20包括尾室收敛段循环水进水环21，尾室收敛段循环水排水环22，尾室收敛段循环水环23，尾室收敛段喷水环24，尾室收敛段内筒25，尾室收敛段外筒26；所述尾室收敛段内筒25和尾室收敛段外筒26之间通过轴向设置的尾室收敛段钢筋27固定连接，所述尾室收敛段循环水进水环21一端与尾室收敛段20出口的法兰固定连接，另一端与尾室收敛段外筒26固定连接，所述尾室收敛段循环水排水环22一端与尾室收敛段20进口的法兰固定连接，另一端与尾室收敛段外筒26固定连接，所述尾室收敛段循环水进水环21和尾室收敛段循环水排水环22之间设置有尾室收敛段循环水环23和尾室收敛段喷水环24，所述尾室收敛段循环水环23和尾室收敛段喷水环24在轴向上依次交替设置，所述尾室收敛段喷水环24内设置有喷嘴60，所述喷嘴60依次穿过尾室收敛段外筒26和所述尾室收敛段内筒25，所述尾室收敛段循环水进水环21和尾室收敛段循环水排水环22所在的圆周上，尾室收敛段外筒26分别设置有循环水进水孔和循环水排水孔，循环水通过所述循环水进水孔进入所述尾室收敛段内筒25和尾室收敛段外筒26之间的夹层并通过夹层在尾室收敛段循环水环23流动后进入尾室收敛段循环水排水环22并通过所述循环水排水孔排出；所述尾室收敛段循环水进水环21，尾室收敛段循环水排水环22上设置有循环水管接头5，所述尾室收敛段喷水环24上设置有冷却喷水管接头6。
优选的，所述尾室等直段30包括尾室等直段循环水进水环31，尾室等直段循环水排水环32，尾室等直段循环水环33，尾室等直段喷水环34，尾室等直段内筒35，尾室等直段外筒36；所述尾室等直段内筒35和尾室等直段外筒36之间通过轴向设置的尾室等直段钢筋37固定连接，所述尾室等直段循环水进水环31一端与尾室等直段30进口的法兰固定连接，另一端与尾室等直段外筒36固定连接，所述尾室等直段循环水排水环32一端与尾室等直段30出口的法兰固定连接，另一端与尾室等直段外筒36固定连接，所述尾室等直段循环水进水环31和尾室等直段循环水排水环32之间设置有尾室等直段循环水环33和尾室等直段喷水环34，所述尾室等直段循环水环33和尾室等直段喷水环34在轴向上依次交替设置，所述尾室等直段喷水环34内设置有喷嘴60，所述喷嘴60依次穿过尾室等直段外筒36和所述尾室等直段内筒35，所述尾室等直段循环水进水环31和尾室等直段循环水排水环32所在的圆周上，尾室等直段外筒36分别设置有循环水进水孔和循环水排水孔，循环水通过所述循环水进水孔进入所述尾室等直段内筒35和尾室等直段外筒36之间的夹层并通过夹层在尾室等直段循环水环33流动后进入尾室等直段循环水排水环32并通过所述循环水排水孔排出；所述尾室等直段循环水进水环31，尾室等直段循环水排水环32上设置有循环水管接头5，所述尾室等直段喷水环34上设置有冷却喷水管接头6。
优选的，所述尾室扩张段40包括尾室扩张段循环水进水环41，尾室扩张段循环水排水环42，尾室扩张段循环水环43，尾室扩张段喷水环44，尾室扩张段内筒45，尾室扩张段外筒46；所述尾室扩张段内筒45和尾室扩张段外筒46之间通过轴向设置的尾室扩张段钢筋47固定连接，所述尾室扩张段循环水进水环41一端与尾室扩张段40进口的法兰固定连接，另一端与尾室扩张段外筒46固定连接，所述尾室扩张段循环水排水环42一端与尾室扩张段40出口的法兰固定连接，另一端与尾室扩张段外筒46固定连接，所述尾室扩张段循环水进水环41和尾室扩张段循环水排水环42之间设置有尾室扩张段循环水环43和尾室扩张段喷水环44，所述尾室扩张段循环水环43和尾室扩张段喷水环44在轴向上依次交替设置，所述尾室扩张段喷水环44内设置有喷嘴60，所述喷嘴60依次穿过尾室扩张段外筒46和所述尾室扩张段内筒45，所述尾室扩张段循环水进水环41和尾室扩张段循环水排水环42所在的圆周上，尾室扩张段外筒46分别设置有循环水进水孔和循环水排水孔，循环水通过所述循环水进水孔进入所述尾室扩张段内筒45和尾室扩张段外筒46之间的夹层并通过夹层在尾室扩张段循环水环43流动后进入尾室扩张段循环水排水环42并通过所述循环水排水孔排出；所述尾室扩张段循环水进水环41，尾室扩张段循环水排水环42上设置有循环水管接头5，所述尾室扩张段喷水环44上设置有冷却喷水管接头6。
所述喷嘴60包括喷嘴体61，喷嘴内盖板62，筒体63；所述喷嘴体61包括喷嘴外盖板64，喷嘴圆环65，离心进液孔66，喷嘴孔68，过渡锥孔69，所述喷嘴外盖板64为圆柱体，所述喷嘴外盖板64与所述喷嘴圆环65一端面同轴固定连接，沿固定连接的喷嘴外盖板64和喷嘴圆环65的中轴线，喷嘴圆环65到喷嘴外盖板64方向上，所述喷嘴外盖板64内依次设置有过渡锥孔69和喷嘴孔68，所述过渡锥孔69一端直径与喷嘴孔68直径相同，另一端直径与喷嘴圆环65的内径相同；所述喷嘴圆环65的侧壁设置有离心进液孔66；所述喷嘴内盖板62为圆柱体，所述喷嘴内盖板62中心设有直流进液孔67，所述直流进液孔67与所述喷嘴孔68同轴，所述喷嘴内盖板62与所述喷嘴圆环65另一端面同轴固定连接，所述直流进液孔67的直径小于所述喷嘴孔68的直径；所述喷嘴体61和喷嘴内盖板62设置在所述筒体63内，所述喷嘴外盖板64与所述筒体63一端同轴固定连接。
优选的，所述尾室支架70包括尾室支架固定架71，尾室支架托架72，尾室支架导向座73，尾室支架底板76，尾室支架上滚轮导向板77，尾室支架下滚轮导向板78，尾室支架滚轮组件79，尾室支架固定支架80；所述尾室支架固定架71与所述尾室支架托架72固定连接，所述尾室支架固定架71设置有与所述尾室等直段30入口的法兰孔相对应的通孔；所述固定连接的尾室支架固定架71和尾室支架托架72下端与尾室支架底板76固定连接，所述尾室支架底板76上表面固定设置有尾室支架导向座73，所述尾室支架导向座73为2个，每个所述尾室支架导向座73上设置有销孔74，定位销75分别穿过2个所述尾室支架导向座73上的销孔74将2个所述尾室支架导向座73连接；所述尾室支架底板76下表面设置有尾室支架上滚轮导向板77，所述尾室支架固定支架80下部固定设置在高空模拟舱1内，所述尾室支架固定支架80上表面与所述尾室支架下滚轮导向板78下表面固定连接；所述尾室支架滚轮组件79设置在所述尾室支架上滚轮导向板77和所述尾室支架下滚轮导向板78之间，所述尾室支架滚轮组件79包括尾室支架滚轮81和尾室支架框架82，所述尾室支架滚轮81设置在尾室支架框架82内，所述固定连接的尾室支架固定架71和尾室支架托架72与所述尾室支架底板76之间设置有尾室支架加强筋83。
优选的，所述一种管道支架，其特征在于，所述管道支架包括固定架71，托架72，导向座73，底板76，上滚轮导向板77，下滚轮导向板78，滚轮组件79，固定支架80；所述固定架71与所述托架72固定连接，所述固定架71设置有与需固定的管道的法兰孔相对应的通孔；所述固定连接的固定架71和托架72下端与底板76固定连接，所述底板76上表面固定设置有导向座73，所述导向座73为2个，每个所述导向座73上设置有销孔74，定位销75分别穿过2个所述导向座73上的销孔74将2个所述导向座73连接；所述底板76下表面设置有上滚轮导向板77，所述固定支架80下部固定设置在地面，所述固定支架80上表面与所述下滚轮导向板78下表面固定连接；所述滚轮组件79设置在所述上滚轮导向板77和所述下滚轮导向板78之间，所述滚轮组件79包括滚轮81和框架82，所述滚轮81设置在框架82内，所述固定连接的固定架71和托架72与所述底板76之间设置有加强筋83。
优选的，所述尾室收敛段20入口的直径为Dw，收敛角为αwr；所述尾室等直段30的直径Dwkp，长度为Lwkp；所述尾室扩张段40出口的直径为Dwc，扩张角为αwc；所述Dw，Dwkp，Lwkp满足下列方程组：
Lwkp＝4Dwkp (7)；
上述方程组中：Mw：尾室收敛段入口马赫数；k：比热比；π(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的静压与总压比值；Pw：尾室收敛段入口马赫数对应的静压，单位为pa；Pt5：尾室收敛段入口马赫数对应的总压，单位为pa；Dw：尾室收敛段入口的直径，单位为mm；d4kp：发动机喉道直径，单位为mm；尾室收敛段入口马赫数对应的正激波后与正激波前的总压比；q(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的速度系数；Dwkp：尾室等直段的直径，单位为mm；Lwkp：尾室等直段的长度，单位为mm；
其中，尾室收敛段入口马赫数对应的静压与超音速发动机高空飞行时真实的环境压力相同，尾室收敛段入口马赫数对应的总压与超音速发动机的发动机尾喷管的出口马赫数对应的总压相同，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数大于1，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数对应的总压，超音速发动机高空飞行时真实的环境压力，比热比以及发动机喉道直径为超音速发动机固有的已知参数，上述方程组中的参数：Mw，k，π(Mw)，Pw，Pt5，Ww，d4kp，q(Mw)，Dwkp，Lwkp均为发动机试车台中所有试验的发动机中，发动机尾喷管出口流量最大的发动机对应的参数。
优选的，所述收敛角满足：0＜αwr≤12°；所述扩张角满足0＜αwc≤12°。
优选的，所述可更换小尾室50的直径为Dwx，所述Dwx满足下列方程组：
上述方程组中：Mwx：可更换小尾室入口马赫数；π(Mwx)：可更换小尾室入口马赫数对应的静压与总压比值；Pwx：可更换小尾室入口马赫数对应的静压，单位为pa；Pt5x：可更换小尾室入口马赫数对应的总压，单位为pa；Dwx：可更换小尾室入口直径，单位为mm；d4kpx：发动机试车台中所有试验的发动机中，除发动机尾喷管出口流量最大的发动机以外的发动机的发动机喉道直径，单位为mm；
其中，可更换小尾室入口马赫数对应的静压与超音速发动机高空飞行时真实的环境压力相同，可更换小尾室入口马赫数对应的总压与超音速发动机的发动机尾喷管的出口马赫数对应的总压相同，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数大于1，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数对应的总压，超音速发动机高空飞行时真实的环境压力，比热比以及发动机试车台中所有试验的发动机中，除发动机尾喷管出口流量最大的发动机以外的发动机的发动机喉道直径为超音速发动机固有的已知参数，上述方程组中的参数：Mwx，π(Mwx)，Pwx，Pt5x，Dwx，d4kpx，均为发动机试车台中所有试验的发动机中，除发动机尾喷管出口流量最大的发动机以外的超音速发动机对应的参数。
优选的，所述尾室扩张段40的出口连接引射器或真空罐。
设置本发明所述的用于发动机试车台排气系统的尾室后，当发动机出口流量最大的试验发动机进行试验时，发动机尾喷管出口排出的超音速气流进入到尾室收敛段，通过拉瓦尔喷管形装的尾室结构，通过一系列的激波作用，最终降为亚音速，尾室收敛段入口马赫数对应的正激波后的总压Ptw，尾室收敛段入口马赫数对应的高空模拟舱的静压PW以及尾室的增压比满足公式(11)-(13)；
当除发动机出口流量最大的试验发动机以外的试验发动机进行试验时，发动机尾喷管出口排出的超音速气流进入到对应的可更换小尾室中，通过类拉瓦尔喷管形状的尾室结构，通过一系列的激波作用，最终降为亚音速，可更换小尾室入口马赫数对应的正激波后的总压Ptwx，可更换小尾室入口马赫数对应的高空舱的静压PWx以及尾室的增压比满足公式(14)-(17)；
其中，为可更换小尾室入口马赫数对应的正激波后与正激波前的总压比。
大于1的增压比提高后续抽气设备被动流进口静压，降低后续抽气设备所需增压比，进而减少了后续抽气设备的引射器级数或真空罐的体积，降低了成本；同时，设置更换小尾室结构，一种发动机尾喷管尺寸的发动机对应一种更换小尾室，满足了多种尺寸发动机试验的需求。
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 (8)
1.一种用于发动机试车台排气系统的尾室，其特征在于，所述尾室包括固定大尾室和可更换小尾室(50)，按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向，所述固定大尾室包括同轴依次通过法兰固定连接的尾室收敛段(20)，尾室等直段(30)和尾室扩张段(40)，所述可更换小尾室(50)包括同轴固定连接的小尾室法兰(52)和小尾室筒体(51)，所述小尾室筒体(51)与所述尾室收敛段(20)同轴的设置在所述尾室收敛段(20)内，所述小尾室法兰(52)和所述尾室收敛段(20)入口的法兰连接；所述固定大尾室与设置在高空模拟舱(1)内的尾室支架(70)固定连接，所述尾室等直段(30)出口法兰与膨胀波纹管(4)一端的法兰连接，所述膨胀波纹管(4)的另一端与高空模拟舱(1)固定连接；所述尾室收敛段(20)、尾室等直段(30)、尾室扩张段(40)和可更换小尾室(50)均为中空回转体；具有发动机尾喷管(3)的发动机(2)和所述尾室收敛段(20)设置在高空模拟舱(1)内，所述尾室扩张段(40)设置在高空模拟舱(1)外，所述发动机(2)为超音速发动机；所述尾室收敛段(20)，尾室等直段(30)和尾室扩张段(40)均设有循环冷却水装置和冷却水喷水装置；
所述尾室收敛段(20)包括尾室收敛段循环水进水环(21)，尾室收敛段循环水排水环(22)，尾室收敛段循环水环(23)，尾室收敛段喷水环(24)，尾室收敛段内筒(25)，尾室收敛段外筒(26)；所述尾室收敛段内筒(25)和尾室收敛段外筒(26)之间通过轴向设置的尾室收敛段钢筋(27)固定连接，所述尾室收敛段循环水进水环(21)一端与尾室收敛段(20)出口的法兰固定连接，另一端与尾室收敛段外筒(26)固定连接，所述尾室收敛段循环水排水环(22)一端与尾室收敛段(20)进口的法兰固定连接，另一端与尾室收敛段外筒(26)固定连接，所述尾室收敛段循环水进水环(21)和尾室收敛段循环水排水环(22)之间设置有尾室收敛段循环水环(23)和尾室收敛段喷水环(24)，所述尾室收敛段循环水环(23)和尾室收敛段喷水环(24)在轴向上依次交替设置，所述尾室收敛段喷水环(24)内设置有喷嘴(60)，所述喷嘴(60)依次穿过尾室收敛段外筒(26)和所述尾室收敛段内筒(25)，所述尾室收敛段循环水进水环(21)和尾室收敛段循环水排水环(22)所在的圆周上，尾室收敛段外筒(26)分别设置有循环水进水孔和循环水排水孔，循环水通过所述循环水进水孔进入所述尾室收敛段内筒(25)和尾室收敛段外筒(26)之间的夹层并通过夹层在尾室收敛段循环水环(23)流动后进入尾室收敛段循环水排水环(22)并通过所述循环水排水孔排出；所述尾室收敛段循环水进水环(21)，尾室收敛段循环水排水环(22)上设置有循环水管接头(5)，所述尾室收敛段喷水环(24)上设置有冷却喷水管接头(6)；
所述尾室等直段(30)包括尾室等直段循环水进水环(31)，尾室等直段循环水排水环(32)，尾室等直段循环水环(33)，尾室等直段喷水环(34)，尾室等直段内筒(35)，尾室等直段外筒(36)；所述尾室等直段内筒(35)和尾室等直段外筒(36)之间通过轴向设置的尾室等直段钢筋(37)固定连接，所述尾室等直段循环水进水环(31)一端与尾室等直段(30)进口的法兰固定连接，另一端与尾室等直段外筒(36)固定连接，所述尾室等直段循环水排水环(32)一端与尾室等直段(30)出口的法兰固定连接，另一端与尾室等直段外筒(36)固定连接，所述尾室等直段循环水进水环(31)和尾室等直段循环水排水环(32)之间设置有尾室等直段循环水环(33)和尾室等直段喷水环(34)，所述尾室等直段循环水环(33)和尾室等直段喷水环(34)在轴向上依次交替设置，所述尾室等直段喷水环(34)内设置有喷嘴(60)，所述喷嘴(60)依次穿过尾室等直段外筒(36)和所述尾室等直段内筒(35)，所述尾室等直段循环水进水环(31)和尾室等直段循环水排水环(32)所在的圆周上，尾室等直段外筒(36)分别设置有循环水进水孔和循环水排水孔，循环水通过所述循环水进水孔进入所述尾室等直段内筒(35)和尾室等直段外筒(36)之间的夹层并通过夹层在尾室等直段循环水环(33)流动后进入尾室等直段循环水排水环(32)并通过所述循环水排水孔排出；所述尾室等直段循环水进水环(31)，尾室等直段循环水排水环(32)上设置有循环水管接头(5)，所述尾室等直段喷水环(34)上设置有冷却喷水管接头(6)。
2.根据权利要求1所述的用于发动机试车台排气系统的尾室，其特征在于，所述尾室扩张段(40)包括尾室扩张段循环水进水环(41)，尾室扩张段循环水排水环(42)，尾室扩张段循环水环(43)，尾室扩张段喷水环(44)，尾室扩张段内筒(45)，尾室扩张段外筒(46)；所述尾室扩张段内筒(45)和尾室扩张段外筒(46)之间通过轴向设置的尾室扩张段钢筋(47)固定连接，所述尾室扩张段循环水进水环(41)一端与尾室扩张段(40)进口的法兰固定连接，另一端与尾室扩张段外筒(46)固定连接，所述尾室扩张段循环水排水环(42)一端与尾室扩张段(40)出口的法兰固定连接，另一端与尾室扩张段外筒(46)固定连接，所述尾室扩张段循环水进水环(41)和尾室扩张段循环水排水环(42)之间设置有尾室扩张段循环水环(43)和尾室扩张段喷水环(44)，所述尾室扩张段循环水环(43)和尾室扩张段喷水环(44)在轴向上依次交替设置，所述尾室扩张段喷水环(44)内设置有喷嘴(60)，所述喷嘴(60)依次穿过尾室扩张段外筒(46)和所述尾室扩张段内筒(45)，所述尾室扩张段循环水进水环(41)和尾室扩张段循环水排水环(42)所在的圆周上，尾室扩张段外筒(46)分别设置有循环水进水孔和循环水排水孔，循环水通过所述循环水进水孔进入所述尾室扩张段内筒(45)和尾室扩张段外筒(46)之间的夹层并通过夹层在尾室扩张段循环水环(43)流动后进入尾室扩张段循环水排水环(42)并通过所述循环水排水孔排出；所述尾室扩张段循环水进水环(41)，尾室扩张段循环水排水环(42)上设置有循环水管接头(5)，所述尾室扩张段喷水环(44)上设置有冷却喷水管接头(6)。
3.根据权利要求1所述的用于发动机试车台排气系统的尾室，其特征在于，所述喷嘴(60)包括喷嘴体(61)，喷嘴内盖板(62)，筒体(63)；所述喷嘴体(61)包括喷嘴外盖板(64)，喷嘴圆环(65)，离心进液孔(66)，喷嘴孔(68)，过渡锥孔(69)，所述喷嘴外盖板(64)为圆柱体，所述喷嘴外盖板(64)与所述喷嘴圆环(65)一端面同轴固定连接，沿固定连接的喷嘴外盖板(64)和喷嘴圆环(65)的中轴线，喷嘴圆环(65)到喷嘴外盖板(64)方向上，所述喷嘴外盖板(64)内依次设置有过渡锥孔(69)和喷嘴孔(68)，所述过渡锥孔(69)一端直径与喷嘴孔(68)直径相同，另一端直径与喷嘴圆环(65)的内径相同；所述喷嘴圆环(65)的侧壁设置有离心进液孔(66)；所述喷嘴内盖板(62)为圆柱体，所述喷嘴内盖板(62)中心设有直流进液孔(67)，所述直流进液孔(67)与所述喷嘴孔(68)同轴，所述喷嘴内盖板(62)与所述喷嘴圆环(65)另一端面同轴固定连接，所述直流进液孔(67)的直径小于所述喷嘴孔(68)的直径；所述喷嘴体(61)和喷嘴内盖板(62)设置在所述筒体(63)内，所述喷嘴外盖板(64)与所述筒体(63)一端同轴固定连接。
4.根据权利要求1所述的用于发动机试车台排气系统的尾室，其特征在于，所述尾室支架(70)包括尾室支架固定架(71)，尾室支架托架(72)，尾室支架导向座(73)，尾室支架底板(76)，尾室支架上滚轮导向板(77)，尾室支架下滚轮导向板(78)，尾室支架滚轮组件(79)，尾室支架固定支架(80)；所述尾室支架固定架(71)与所述尾室支架托架(72)固定连接，所述尾室支架固定架(71)设置有与所述尾室等直段(30)入口的法兰孔相对应的通孔；所述固定连接的尾室支架固定架(71)和尾室支架托架(72)下端与尾室支架底板(76)固定连接，所述尾室支架底板(76)上表面固定设置有尾室支架导向座(73)，所述尾室支架导向座(73)为2个，每个所述尾室支架导向座(73)上设置有销孔(74)，定位销(75)分别穿过2个所述尾室支架导向座(73)上的销孔(74)将2个所述尾室支架导向座(73)连接；所述尾室支架底板(76)下表面设置有尾室支架上滚轮导向板(77)，所述尾室支架固定支架(80)下部固定设置在高空模拟舱(1)内，所述尾室支架固定支架(80)上表面与所述尾室支架下滚轮导向板(78)下表面固定连接；所述尾室支架滚轮组件(79)设置在所述尾室支架上滚轮导向板(77)和所述尾室支架下滚轮导向板(78)之间，所述尾室支架滚轮组件(79)包括尾室支架滚轮(81)和尾室支架框架(82)，所述尾室支架滚轮(81)设置在尾室支架框架(82)内，所述固定连接的尾室支架固定架(71)和尾室支架托架(72)与所述尾室支架底板(76)之间设置有尾室支架加强筋(83)。
5.根据权利要求1所述的用于发动机试车台排气系统的尾室，其特征在于，所述尾室收敛段(20)入口的直径为Dw，收敛角为αwr；所述尾室等直段(30)的直径Dwkp，长度为Lwkp；所述尾室扩张段(40)出口的直径为Dwc，扩张角为αwc；所述Dw，Dwkp，Lwkp满足下列方程组：
Lwkp＝4Dwkp (7)；
上述方程组中：Mw：尾室收敛段入口马赫数；k：比热比；π(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的静压与总压比值；Pw：尾室收敛段入口马赫数对应的静压，单位为pa；Pt5：尾室收敛段入口马赫数对应的总压，单位为pa；Dw：尾室收敛段入口的直径，单位为mm；d4kp：发动机喉道直径，单位为mm；尾室收敛段入口马赫数对应的正激波后与正激波前的总压比；q(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的速度系数；Dwkp：尾室等直段的直径，单位为mm；Lwkp：尾室等直段的长度，单位为mm；
其中，尾室收敛段入口马赫数对应的静压与超音速发动机高空飞行时真实的环境压力相同，尾室收敛段入口马赫数对应的总压与超音速发动机的发动机尾喷管的出口马赫数对应的总压相同，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数大于1，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数对应的总压，超音速发动机高空飞行时真实的环境压力，比热比以及发动机喉道直径为超音速发动机固有的已知参数，上述方程组中的参数：Mw，k，π(Mw)，Pw，Pt5，Ww，d4kp，q(Mw)，Dwkp，Lwkp均为发动机试车台中所有试验的发动机中，发动机尾喷管出口流量最大的发动机对应的参数。
6.根据权利要求5所述的用于发动机试车台排气系统的尾室，其特征在于，所述收敛角满足：0＜αwr≤12°；所述扩张角满足0＜αwc≤12°。
7.根据权利要求5或6所述的用于发动机试车台排气系统的尾室，其特征在于，所述可更换小尾室(50)的直径为Dwx，所述Dwx满足下列方程组：
上述方程组中：Mwx：可更换小尾室入口马赫数；π(Mwx)：可更换小尾室入口马赫数对应的静压与总压比值；Pwx：可更换小尾室入口马赫数对应的静压，单位为pa；Pt5x：可更换小尾室入口马赫数对应的总压，单位为pa；Dwx：可更换小尾室入口直径，单位为mm；d4kpx：发动机试车台中所有试验的发动机中，除发动机尾喷管出口流量最大的发动机以外的发动机的发动机喉道直径，单位为mm；
其中，可更换小尾室入口马赫数对应的静压与超音速发动机高空飞行时真实的环境压力相同，可更换小尾室入口马赫数对应的总压与超音速发动机的发动机尾喷管的出口马赫数对应的总压相同，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数大于1，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数对应的总压，超音速发动机高空飞行时真实的环境压力，比热比以及发动机试车台中所有试验的发动机中，除发动机尾喷管出口流量最大的发动机以外的发动机的发动机喉道直径为超音速发动机固有的已知参数，上述方程组中的参数：Mwx，π(Mwx)，Pwx，Pt5x，Dwx，d4kpx，均为发动机试车台中所有试验的发动机中，除发动机尾喷管出口流量最大的发动机以外的超音速发动机对应的参数。
8.根据权利要求1所述的用于发动机试车台排气系统的尾室，其特征在于，所述尾室扩张段(40)的出口连接引射器或真空罐。
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