CN106441915A - 一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置，包括尾室，引射器和二级引射器；尾室包括固定大尾室和可更换小尾室，固定大尾室包括尾室收敛段，尾室等直段和尾室扩张段，可更换小尾室包括小尾室法兰和小尾室筒体，小尾室筒体设置在尾室收敛段内，固定大尾室设有循环冷却水装置和冷却水喷水装置；引射器包括低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，低压室内固定连接有圆环分流导流装置，引射气流输送管道，引射气流收敛段，引射气流扩张段，所述低压室出口与所述引射气流扩张段的出口截面在同一竖直面。本发明的排气装置可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。

Description

一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置

技术领域

本发明涉及一种排气装置，尤其是一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置。

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；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；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：

一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置，按照发动机尾喷管出口排气流动方向，所述排气装置包括同轴依次固定连接的尾室，引射器和二级引射器；所述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；按照被引射气流的流动方向，所述引射器包括依次同轴固定连接的低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，所述低压室包括低压室壳体和与低压室壳体两端固定连接的法兰，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圆环分流导流装置，引射气流输送管道，引射气流收敛段，引射气流扩张段，所述圆环分流导流装置入口与引射气流进气总管固定连接，出口与引射气流输送管道的入口固定连接，所述低压室壳体，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，引射气流输送管道，引射气流收敛段，引射气流扩张段均为中空回转体，所述引射气流输送管道的中心线与所述低压室壳体的中心线重合，所述低压室出口与所述引射气流扩张段的出口截面在同一竖直面，所述低压室与引射器固定支架连接，所述掺混等直段与引射器活动支架连接；所述尾室扩张段的出口与低压室的入口固定连接；按照被引射气流的流动方向，所述二级引射器包括依次同轴固定连接的二级引射器低压室，二级引射器过渡段，二级引射器掺混收敛段，二级引射器掺混等直段，二级引射器掺混扩张段；所述二级引射器低压室，二级引射器掺混等直段，二级引射器掺混扩张段与固定连接有引射器活动支架，所述二级引射器掺混扩张段设置在高空模拟舱外。

进一步的，所述圆环分流导流装置一端固定连接有导流锥，所述导流锥的中心线与所述圆环分流导流装置的中心线重合，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。

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。

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。

所述引射器活动支架包括引射器活动支架上支架，引射器活动支架底板，引射器活动支架上滚轮导向板，引射器活动支架下滚轮导向板，引射器活动支架滚轮组件，引射器活动支架下支架；所述引射器活动支架上支架与掺混等直段固定连接，所述引射器活动支架底板上表面与引射器活动支架上支架固定连接；所述引射器活动支架底板下表面设置有引射器活动支架上滚轮导向板，所述引射器活动支架固定支架上表面与所述引射器活动支架下滚轮导向板下表面固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件设置在所述引射器活动支架上滚轮导向板和所述引射器活动支架下滚轮导向板之间，所述引射器活动支架底板和引射器活动支架下支架之间通过拉紧螺栓固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件包括引射器活动支架滚轮和引射器活动支架框架，所述引射器活动支架滚轮设置在引射器活动支架框架内；所述引射器活动支架上支架与所述引射器活动支架底板之间设置有加强筋；所述引射器活动支架固定支架下部通过地脚螺栓与地面固定。

进一步的，所述尾室收敛段入口的直径为D_w，收敛角为α_wr；所述尾室等直段的直径D_wkp，长度为L_wkp；所述尾室扩张段出口的直径为D_wc，扩张角为α_wc；所述D_w，D_wkp，L_wkp满足下列方程组：

L_wkp＝4D_wkp (7)；

上述方程组中：M_w：尾室收敛段入口马赫数；k：比热比；π(M_w)：尾室收敛段入口马赫数对应的静压与总压比值；P_w：尾室收敛段入口马赫数对应的静压，单位为pa；P_t5：尾室收敛段入口马赫数对应的总压，单位为pa；D_w：尾室收敛段入口的直径，单位为mm；d_4kp：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(M_w)：尾室收敛段入口马赫数对应的速度系数；D_wkp：尾室等直段的直径，单位为mm；L_wkp：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：M_w，k，π(M_w)，P_w，P_t5，W_w，d_4kp，q(M_w)，D_wkp，L_wkp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。

所述收敛角满足：0＜α_wr≤12°；所述扩张角满足0＜α_wc≤12°。

进一步的，所述可更换小尾室的直径为D_wx，所述D_wx满足下列方程组：

上述方程组中：M_wx：可更换小尾室入口马赫数；π(M_wx)：可更换小尾室入口马赫数对应的静压与总压比值；P_wx：可更换小尾室入口马赫数对应的静压，单位为pa；P_t5x：可更换小尾室入口马赫数对应的总压，单位为pa；D_wx：可更换小尾室入口直径，单位为mm；d_4kpx：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：M_wx，π(M_wx)，P_wx，P_t5x，D_wx，d_4kpx，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，引射气流的喉道直径为D_akp1，所述引射气流扩张段的直径为D_a2，所述D_akp1和D_a2满足下列方程组：

P_am1＝P_tb1 (16)

上述方程组中：D_akp1：引射气流的喉道直径，单位为mm；S_akp1：引射气流的喉道的面积，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：引射气流喉道内的总压，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；所述掺混扩张段的直径为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：

S_ckp1＝S_akp1×f_ackp1 (22)

L_ckp1＝4×D_ckp1 (23)

S_c11＝1.95×S_ckp1 (25)

D_c11＝D_c12 (26)

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的喉道的面积比；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，所述低压室壳体的直径为D₁，所述低压室壳体的直径满足方程：D₁＝1.05×D_c11，其中，D₁的单位为mm；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。

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P_tw，尾室收敛段入口马赫数对应的高空模拟舱的静压P_W以及尾室的增压比满足公式(29)-(31)；

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P_twx，可更换小尾室入口马赫数对应的高空模拟舱的静压P_Wx以及尾室的增压比满足公式(32)-(35)；

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。

二级引射器与引射器的几何相似。

与现有技术相比，本发明所述的超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置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)通过在固定大尾室采用循环冷却和喷水冷却相结合的方式，提高了冷却效率；

(4)本发明所述的排气装置中的引射器，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；

(5)通过设置具有滚轮组件的尾室活动支架、引射器活动支架以及膨胀波纹管，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为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的示意图。

图2为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的尾室内部结构示意图。

图3为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的尾室外部结构示意图。

图4为图2中沿A-A的剖视图。

图5为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的尾室收敛段的结构示意图。

图6为图5中A部的放大视图。

图7为图5中B部的放大视图。

图8为图5中沿B-B的剖视图。

图9为图8中C部的放大视图。

图10为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的尾室等直段的结构示意图。

图11为图10中D部的放大视图。

图12为图10中E部的放大视图。

图13为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的尾室扩张段的结构示意图。

图14为图13中F部的放大视图。

图15为图13中G部的放大视图。

图16为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的可更换小尾室的结构示意图。

图17为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的尾室活动支架的主视图。

图18为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的尾室活动支架的左视图。

图19为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的尾室活动支架的尾室滚轮组件示意图。

图20为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的引射器的示意图。

图21为图20中沿C-C的剖视图。

图22为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的低压室的示意图。

图23为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的引射器活动支架的主视图。

图24为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的引射器活动支架的左视图。

图25为本发明超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的引射器活动支架滚轮组件的示意图。

具体实施方式

参见图1-25，一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置，按照发动机尾喷管3出口排气流动方向，所述排气装置包括同轴依次固定连接的尾室，引射器100和二级引射器200，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；按照被引射气流的流动方向，所述引射器100包括依次同轴固定连接的低压室110，过渡段120，掺混收敛段130，掺混等直段140，掺混扩张段150，所述低压室110包括低压室壳体112和与低压室壳体112两端固定连接的法兰，所述低压室110内按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有圆环分流导流装置113，引射气流输送管道117，引射气流收敛段114，引射气流扩张段115，所述圆环分流导流装置113入口与引射气流进气总管111固定连接，出口与引射气流输送管道117的入口固定连接，所述低压室壳体112，过渡段120，掺混收敛段130，掺混等直段140，掺混扩张段150，引射气流输送管道117，引射气流收敛段114，引射气流扩张段115均为中空回转体，所述引射气流输送管道117的中心线与所述低压室壳体112的中心线重合，所述低压室110出口截面与所述引射气流扩张段115的出口截面在同一竖直面，所述低压室110与引射器固定支架160连接，所述掺混等直段140与引射器活动支架170连接；所述尾室扩张段40的出口与低压室110的入口固定连接；按照被引射气流的流动方向，所述二级引射器200包括依次同轴固定连接的二级引射器低压室210，二级引射器过渡段220，二级引射器掺混收敛段230，二级引射器掺混等直段240，二级引射器掺混扩张段250；所述二级引射器低压室210，二级引射器掺混等直段240，二级引射器掺混扩张段250与固定连接有引射器活动支架170，所述二级引射器掺混扩张段250设置在高空模拟舱1外。

优选的，所述圆环分流导流装置113一端固定连接有导流锥116，所述导流锥116的中心线与所述圆环分流导流装置113的中心线重合，所述导流锥116的顶点在所述低压室110入口截面上。

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；

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；

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。

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；

所述引射器活动支架170包括引射器活动支架上支架171，引射器活动支架底板172，引射器活动支架上滚轮导向板173，引射器活动支架下滚轮导向板174，引射器活动支架滚轮组件175，引射器活动支架下支架177；所述引射器活动支架上支架171与掺混等直段140固定连接，所述引射器活动支架底板172上表面与引射器活动支架上支架171固定连接；所述引射器活动支架底板172下表面设置有引射器活动支架上滚轮导向板173，所述引射器活动支架固定支架177上表面与所述引射器活动支架下滚轮导向板174下表面固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件175设置在所述引射器活动支架上滚轮导向板173和所述引射器活动支架下滚轮导向板174之间，所述引射器活动支架底板172和引射器活动支架下支架177之间通过拉紧螺栓176固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件175包括引射器活动支架滚轮178和引射器活动支架框架179，所述引射器活动支架滚轮178设置在引射器活动支架框架179内；所述引射器活动支架上支架171与所述引射器活动支架底板172之间设置有加强筋180；所述引射器活动支架固定支架177下部通过地脚螺栓与地面固定。

优选的，所述尾室收敛段20入口的直径为D_w，收敛角为α_wr；所述尾室等直段30的直径D_wkp，长度为L_wkp；所述尾室扩张段40出口的直径为D_wc，扩张角为α_wc；所述D_w，D_wkp，L_wkp满足下列方程组：

L_wkp＝4D_wkp (7)；

上述方程组中：M_w：尾室收敛段入口马赫数；k：比热比；π(M_w)：尾室收敛段入口马赫数对应的静压与总压比值；P_w：尾室收敛段入口马赫数对应的静压，单位为pa；P_t5：尾室收敛段入口马赫数对应的总压，单位为pa；D_w：尾室收敛段入口的直径，单位为mm；d_4kp：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(M_w)：尾室收敛段入口马赫数对应的速度系数；D_wkp：尾室等直段的直径，单位为mm；L_wkp：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：M_w，k，π(M_w)，P_w，P_t5，W_w，d_4kp，q(M_w)，D_wkp，L_wkp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；

所述收敛角满足：0＜α_wr≤12°；所述扩张角满足0＜α_wc≤12°。

优选的，所述可更换小尾室50的直径为D_wx，所述D_wx满足下列方程组：

上述方程组中：M_wx：可更换小尾室入口马赫数；π(M_wx)：可更换小尾室入口马赫数对应的静压与总压比值；P_wx：可更换小尾室入口马赫数对应的静压，单位为pa；P_t5x：可更换小尾室入口马赫数对应的总压，单位为pa；D_wx：可更换小尾室入口直径，单位为mm；d_4kpx：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：M_wx，π(M_wx)，P_wx，P_t5x，D_wx，d_4kpx，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，引射气流的喉道直径为D_akp1，所述引射气流扩张段115的直径为D_a2，所述D_akp1和D_a2满足下列方程组：

P_am1＝P_tb1 (16)

上述方程组中：D_akp1：引射气流的喉道直径，单位为mm；S_akp1：引射气流的喉道的面积，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：引射气流喉道内的总压，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140的直径为D_ckp1，长度为L_ckp1；掺混收敛段130的直径为D_c11，收敛角为α₁，长度为L_c11；所述掺混扩张段150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：

S_ckp1＝S_akp1×f_ackp1 (22)

L_ckp1＝4×D_ckp1 (23)

S_c11＝1.95×S_ckp1 (25)

D_c11＝D_c12 (26)

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的喉道的面积比；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，所述低压室壳体112的直径为D₁，所述低压室壳体112的直径满足方程：D₁＝1.05×D_c11，其中，D₁的单位为mm；所述过渡段120的长度为S₁，所述过渡段120的长度满足方程：S₁＝D₁-D_c11，其中，S₁的单位为mm。

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P_tw，尾室收敛段入口马赫数对应的高空模拟舱的静压P_W以及尾室的增压比满足公式(29)-(31)；

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P_twx，可更换小尾室入口马赫数对应的高空舱的静压P_Wx以及尾室的增压比满足公式(32)-(35)；

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。

二级引射器与引射器几何相似。

本发明所述超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置的工作原理为：首先，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，通过高压气源内的高压气体将高空模拟舱内的气体引射到模拟高空舱外，使得模拟高空舱内的压力达到超音速发动机飞行高度的真实环境压力；然后，开启设置在固定大尾室上用于冷却发动机尾喷管出口排气的喷水冷却装置，同时将超音速发动机点火，进行模拟试验，超音速发动机尾喷管排出的气体依次经过尾室和引射器从而排出高空模拟舱，大于1的增压比提高了引射器入口被动流进口静压，降低了引射器所需增压比；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从而将模拟高空舱内的大气排入消音设备、消毒设备或直接排放到大气中。

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)

1.一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置，其特征在于，按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向，所述排气装置包括同轴依次固定连接的尾室，引射器(100)和二级引射器(200)，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；按照被引射气流的流动方向，所述引射器(100)包括依次同轴固定连接的低压室(110)，过渡段(120)，掺混收敛段(130)，掺混等直段(140)，掺混扩张段(150)，所述低压室(110)包括低压室壳体(112)和与低压室壳体(112)两端固定连接的法兰，所述低压室(110)内按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有圆环分流导流装置(113)，引射气流输送管道(117)，引射气流收敛段(114)，引射气流扩张段(115)，所述圆环分流导流装置(113)入口与引射气流进气总管(111)固定连接，出口与引射气流输送管道(117)的入口固定连接，所述低压室壳体(112)，过渡段(120)，掺混收敛段(130)，掺混等直段(140)，掺混扩张段(150)，引射气流输送管道(117)，引射气流收敛段(114)，引射气流扩张段(115)均为中空回转体，所述引射气流输送管道(117)的中心线与所述低压室壳体(112)的中心线重合，所述低压室(110)出口截面与所述引射气流扩张段(115)的出口截面在同一竖直面，所述低压室(110)与引射器固定支架(160)连接，所述掺混等直段(140)与引射器活动支架(170)连接；所述尾室扩张段(40)的出口与低压室(110)的入口固定连接；按照被引射气流的流动方向，所述二级引射器(200)包括依次同轴固定连接的二级引射器低压室(210)，二级引射器过渡段(220)，二级引射器掺混收敛段(230)，二级引射器掺混等直段(240)，二级引射器掺混扩张段(250)；所述二级引射器低压室(210)，二级引射器掺混等直段(240)，二级引射器掺混扩张段(250)与固定连接有引射器活动支架(170),所述二级引射器掺混扩张段(250)设置在高空模拟舱(1)外。

2.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，所述圆环分流导流装置(113)一端固定连接有导流锥(116)，所述导流锥(116)的中心线与所述圆环分流导流装置(113)的中心线重合，所述导流锥(116)的顶点在所述低压室(110)入口截面上。

3.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，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)；

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)。

4.根据权利要求1所述的排气装置，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)；

所述引射器活动支架(170)包括引射器活动支架上支架(171)，引射器活动支架底板(172)，引射器活动支架上滚轮导向板(173)，引射器活动支架下滚轮导向板(174)，引射器活动支架滚轮组件(175)，引射器活动支架下支架(177)；所述引射器活动支架上支架(171)与掺混等直段(140)固定连接，所述引射器活动支架底板(172)上表面与引射器活动支架上支架(171)固定连接；所述引射器活动支架底板(172)下表面设置有引射器活动支架上滚轮导向板(173)，所述引射器活动支架固定支架(177)上表面与所述引射器活动支架下滚轮导向板(174)下表面固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件(175)设置在所述引射器活动支架上滚轮导向板(173)和所述引射器活动支架下滚轮导向板(174)之间，所述引射器活动支架底板(172)和引射器活动支架下支架(177)之间通过拉紧螺栓(176)固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件(175)包括引射器活动支架滚轮(178)和引射器活动支架框架(179)，所述引射器活动支架滚轮(178)设置在引射器活动支架框架(179)内；所述引射器活动支架上支架(171)与所述引射器活动支架底板(172)之间设置有加强筋(180)；所述引射器活动支架固定支架(177)下部通过地脚螺栓与地面固定。

5.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，所述尾室收敛段(20)入口的直径为D_w，收敛角为α_wr；所述尾室等直段(30)的直径D_wkp，长度为L_wkp；所述尾室扩张段(40)出口的直径为D_wc，扩张角为α_wc；所述D_w，D_wkp，L_wkp满足下列方程组：

$M_w={\[\frac{2}{k-1}(\mathrm{\π}{\left(M_w\right)}^{\frac{-(k-1)}{k}}-1)\]}^{0.5}---\left(1\right);$

$\mathrm{\π}\left(M_w\right)=\frac{P_w}{P_{t5}}---\left(2\right);$

$D_w={\[{(1+\frac{k-1}{2}{M}_W^2)}^{\frac{k-1}{2(k-1)}}/0.5M_w{(k+1)}^{\frac{(k+1)}{2(k-1)}}\]}^{0.5}{d}_{4kp}---\left(3\right);$

${\stackrel{\‾}{P}}_{tws}={\[\frac{(k+1)M_W^2}{(k-1)M_w^2+2}\]}^{\frac{k}{k-1}}{\[\frac{k+1}{2{\mathrm{kM}}_w^2-k+1}\]}^{\frac{1}{k-1}}---\left(4\right);$

$q\left(M_w\right)=\frac{M_W{\left(0.5\right(k+1\left)\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}{{(1+0.5(k-1\left){M_W}^2\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}---\left(5\right);$

$D_{wkp}=d_{4kp}{\left(\frac{q\left(M_w\right)}{{\stackrel{\‾}{p}}_{tws}}\right)}^{0.5}---\left(6\right);$

L_wkp＝4D_wkp (7)；

上述方程组中：M_w：尾室收敛段入口马赫数；k：比热比；π(M_w)：尾室收敛段入口马赫数对应的静压与总压比值；P_w：尾室收敛段入口马赫数对应的静压，单位为pa；P_t5：尾室收敛段入口马赫数对应的总压，单位为pa；D_w：尾室收敛段入口的直径，单位为mm；d_4kp：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(M_w)：尾室收敛段入口马赫数对应的速度系数；D_wkp：尾室等直段的直径，单位为mm；L_wkp：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：M_w，k，π(M_w)，P_w，P_t5，W_w，d_4kp，q(M_w)，D_wkp，L_wkp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；

所述收敛角满足：0＜α_wr≤12°；所述扩张角满足0＜α_wc≤12°。

6.根据权利要求5所述的排气装置，其特征在于，所述可更换小尾室(50)的直径为D_wx，所述D_wx满足下列方程组：

$M_{wx}={\[\frac{2}{k-1}(\mathrm{\π}{\left(M_{wx}\right)}^{\frac{-(k-1)}{k}}-1)\]}^{0.5}---\left(8\right);$

$\mathrm{\π}\left(M_{wx}\right)=\frac{P_{wx}}{P_{t5x}}---\left(9\right);$

$D_{wx}={\[{\left(1+\frac{k-1}{2}{M}_{Wx}^2\right)}^{\frac{k-1}{2\left(k-1\right)}}/0.5M_{wx}{\left(k+1\right)}^{\frac{\left(k+1\right)}{2\left(k-1\right)}}\]}^{0.5}{d}_{4kpx}---\left(10\right);$

上述方程组中：M_wx：可更换小尾室入口马赫数；π(M_wx)：可更换小尾室入口马赫数对应的静压与总压比值；P_wx：可更换小尾室入口马赫数对应的静压，单位为pa；P_t5x：可更换小尾室入口马赫数对应的总压，单位为pa；D_wx：可更换小尾室入口直径，单位为mm；d_4kpx：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：M_wx，π(M_wx)，P_wx，P_t5x，D_wx，d_4kpx，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。

7.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，引射气流的喉道直径为D_akp1，所述引射气流扩张段(115)的直径为D_a2，所述D_akp1和D_a2满足下列方程组：

$D_{akp1}=\sqrt{\frac{4S_{akp1}}{3.14}}---\left(11\right)$

$S_{akp1}=\frac{G_{a1}\×\sqrt{T_{ta1}}}{0.0404\×P_{takp1}}---\left(12\right)$

$P_{takp1}=\frac{P_{tam1}}{{\mathrm{\δ}}_1}---\left(13\right)$

$P_{tam1}=\frac{P_{am1}}{\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)}---\left(14\right)$

$\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)={(1+\frac{k-1}{2}{M_{a1}}^2)}^{-\frac{k}{k-1}}---\left(15\right)$

P_am1＝P_tb1 (16)

$G_{a1}=\frac{G_{b1}}{n_1}---\left(17\right)$

$D_{a2}=\sqrt{\frac{4S_{a2}}{3.14}}---\left(18\right)$

$S_{a2}=\frac{S_{akp1}}{{\mathrm{\δ}}_1*q\left(M_{a1}\right)}---\left(19\right)$

$q\left(M_{a1}\right)=\frac{M_{a1}{\left(0.5\right(k+1\left)\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}{{(1+0.5(k-1\left){M_{a1}}^2\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}---\left(20\right)$

上述方程组中：D_akp1：引射气流的喉道直径，单位为mm；S_akp1：引射气流的喉道的面积，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：引射气流喉道内的总压，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，被引射气流的总压，流量，总温与尾室扩张段(40)出口的总压，流量，总温相同。

8.根据权利要求7所述的排气装置，其特征在于，所述掺混等直段(140)的直径为D_ckp1，长度为L_ckp1；掺混收敛段(130)的直径为D_c11，收敛角为α₁，长度为L_c11；所述掺混扩张段(150)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：

$D_{ckp1}=\sqrt{\frac{4S_{ckp1}}{3.14}}---\left(21\right)$

S_ckp1＝S_akp1×f_ackp1 (22)

L_ckp1＝4×D_ckp1 (23)

$D_{c11}=\sqrt{\frac{4S_{c11}}{3.14}}---\left(24\right)$

S_c11＝1.95×S_ckp1 (25)

D_c11＝D_c12 (26)

$L_{c11}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c11}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{11}}{2}}---\left(27\right)$

$L_{c12}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c12}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{12}}{2}}---\left(28\right)$

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的喉道的面积比；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。

9.根据权利要求8所述的排气装置，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°。

10.根据权利要求8所述的排气装置，其特征在于，所述低压室壳体(112)的直径为D₁，所述低压室壳体(112)的直径满足方程：D₁＝1.05×D_c11，其中，D₁的单位为mm；所述过渡段(120)的长度为S₁，所述过渡段(120)的长度满足方程：S₁＝D₁-D_c11，其中，S₁的单位为mm。