CN110296844A - 一种射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，包括进气机构、单向流发生器、可视化分段、射流控制点火塞、电控系统和监测记录系统；所述进气机构与单向流发生器连接，用于产生具有湍流强度的单向流气体，所述单向流发生器与可视化分段连接，所述可视化分段设有射流控制点火塞；所述电控系统用于控制进气机构和射流控制点火塞；所述监测记录系统用于监控和检测所述可视化分段内的实验参数。所述壳体进口与进气机构连接，所述壳体内部根据流动方向依次设有湍流板和单向流整流板。本发明可以清晰展示转子发动机射流控制点火的缸内流场演变和火焰传播过程，从而为转子发动机射流控制点火的研究提供基础研究依据。

Description

一种射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架
技术领域
本发明涉及动力机械系统的技术领域，特别涉及一种射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架。
背景技术
转子发动机因结构简单、零部件少、运转平稳、可燃用多种燃料以及易于实现整机小型化等先天优势，使其可以广泛应用于多个领域。但是，转子发动机特殊的结构形式导致了其燃烧室非常狭长，并且传统的转子发动机一般采用火花塞点火的方式，而传统转子发动机采用火花塞点火这种单点点火模式会导致狭长燃烧室内出现火焰传播距离过长的问题。
此外，由于转子发动机燃烧室的狭长形状是其固有结构决定的，因此无法改变。所以，国内外研究学者的研究聚焦在了点火模式的改变上并进行探索性的研究。欣喜的是，近年来的研究表明：射流控制点火模式是一种非常适合转子发动机的点火模式，该点火模式有效解决转子发动机狭长燃烧室内所出现的火焰传播距离过长问题。但是，要想使这种新型射流控制点火模式在转子发动机上获得成功应用，就必须弄清该射流控制点火模式的着火燃烧机理，而要进行着火燃烧机理研究就必须为其提供一个基础的燃烧试验台架。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，可以清晰展示转子发动机射流控制点火的缸内流场演变和火焰传播过程，从而为转子发动机射流控制点火的研究提供基础研究依据。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，包括进气机构、单向流发生器、可视化分段、射流控制点火塞、电控系统和监测记录系统；所述进气机构与单向流发生器连接，用于产生具有湍流强度的单向气流，所述单向流发生器与可视化分段连接，所述可视化分段设有射流控制点火塞；所述电控系统用于控制进气机构和射流控制点火塞；所述监测记录系统用于监控和检测所述可视化分段内的实验参数。
进一步，所述单向流发生器包括壳体、湍流板和单向流整流板；所述壳体进口与进气机构连接，所述壳体内部根据流动方向依次设有湍流板和单向流整流板。
进一步，所述可视化分段材料为透明材料，所述可视化分段包括渐缩段和燃烧室段；所述渐缩段与所述壳体出口连接；所述燃烧室段空间的形状为燃烧室的形状。
进一步，所述燃烧室段空间的形状为转子发动机上止点前20°时燃烧室的形状。
进一步，所述燃烧室段包括燃烧室和排气道；所述燃烧室内安装射流控制点火塞；所述燃烧室进口安装热线风速仪。
进一步，所述射流控制点火塞包括引火喷管、预燃烧室和进气入口II，所述预燃烧室一端安装火花塞，所述预燃烧室另一端通过引火喷管与可视化分段连接；所述预燃烧室上设有进气入口II。
进一步，所述引火喷管内设有阻断预燃烧室与可视化分段的薄膜。
进一步，所述监测记录系统为光学测试设备；所述光学测试设备(24)用于测试主燃烧室内的流场和观测主燃烧室内的火焰传播过程。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，便于使用光学测试设备来记录燃烧室内流场演变和火焰传播过程。
2.本发明所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，将射流控制点火方式应用于转子发动机，并使用单喷管模式，便于研究射流的传播过程。
3.本发明所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，可以模拟转子机燃烧室在上止点附近的单向流流场，并根据需要自动调节单向流的流量。
4.本发明所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，采用双进气入口和铝制薄膜分隔措施，可以根据需要调整预燃烧室内空燃比，从而获得合适的射流火焰。
附图说明
图1为本发明所述射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架的装配爆炸图。
图2为本发明所述射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架的工作原理图。
图3为射流控制点火塞安装方式。
图4为进气段的装配爆炸图。
图5为射流控制点火塞剖面图。
图中：
1-进气机构；2-壳体；3-湍流板；4-单向流整流板；5-渐缩段；6-燃烧室；7-排气道；8-射流控制点火塞；9-螺栓；10-点火塞外螺纹；11-传感器孔；12-进气入口Ⅰ；13-进气风扇；14-进气入口II；15-点火塞螺纹孔；16-火花塞螺纹孔；17-引火喷管；18-薄膜；19-预燃烧室；20-电控系统ECU；21-热线风速仪；22-导线；23-火花塞；24-光学测试设备。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1和图2所示，本发明所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，包括进气机构1、单向流发生器、可视化分段、射流控制点火塞8、电控系统ECU 20和监测记录系统；所述进气机构1与单向流发生器连接，用于产生具有一定湍流强度的单向气流，所述单向流发生器与可视化分段连接，所述可视化分段设有射流控制点火塞8；所述电控系统ECU20用于控制进气机构1和射流控制点火塞8；所述监测记录系统用于监控和检测所述可视化分段内的实验参数。
如图4所示，所述进气机构1包括进气风扇13和进气入口Ⅰ12，所述进气入口Ⅰ12内设有进气风扇13，所述进气风扇13通过导线22与电控系统ECU20连接，通过电控系统ECU20可以控制进气风扇13的转速。
所述单向流发生器包括壳体2、湍流板3和单向流整流板4；所述壳体2进口与进气机构1连接，所述壳体2内部开设凹槽，根据流动方向依次设有湍流板3和单向流整流板4。所述壳体2和进气机构1、壳体2和可视化分段均使用螺栓9连接固定。
所述可视化分段由石英材料做成，所述可视化分段包括渐缩段5和燃烧室段；所述壳体2出口通过所述渐缩段5与燃烧室段连接；所述燃烧室段空间的形状为燃烧室的形状。所述燃烧室段空间的形状为转子发动机上止点前20°时燃烧室的形状。所述燃烧室段包括燃烧室6和排气道7；所述壳体2出口通过所述渐缩段5与燃烧室6连接，所述燃烧室6设有排气道7；所述燃烧室6内设有点火塞螺纹孔15，点火塞螺纹孔15内安装射流控制点火塞8；所述燃烧室6进口通过传感器孔11安装热线风速仪21。
如图3和图5所示，所述射流控制点火塞8包括引火喷管17、预燃烧室19和进气入口II 14，所述预燃烧室19一端通过火花塞螺纹孔16安装火花塞23，所述预燃烧室19另一端设有引火喷管17，所述引火喷管17设有点火塞外螺纹10，所述点火塞外螺纹10连接点火塞螺纹孔15，所述预燃烧室19上设有进气入口II 14。在预燃烧室19点燃之前，使用铝制薄膜18将预燃烧室19和燃烧室6分隔开。
所述监测记录系统主要有粒子图像测速仪Particle Image Velocimetry、高速数码相机和平面诱导荧光系统Planar Laser Induced Fluorescence等光学测试设备组成，这些光学测试设备24用来测试流场和火焰传播情况，由此为射流控制点火转子发动机着火燃烧机理的研究提供可靠的试验数据。
具体工作过程为：
进气开始时刻，引火喷管内的铝制薄膜18将燃烧室6和射流控制点火塞内的预燃烧室19隔开。进气风扇13将预混合气体A从进气入口Ⅰ12吸入装置，流经湍流板3变成湍流，经过单向流整流板4变成具有一定湍流强度的单向流，经渐缩段5加速后进入燃烧室6。预混合气体B从进气入口II 14充入预燃烧室19，经火花塞23点燃后通过引火喷管17形成高温射流破坏铝制薄膜18进入燃烧室6，高温射流引燃燃烧室内6的单向流，最终燃烧产物经排气道17排出装置。电控系统通过采集热线风速仪21处的流速信号反馈给电控系统ECU20，通电控系统ECU20调节进气风扇13的转速配合不同规格的湍流板从而获得预期的单向流。试验开始后，光学测试设备24用来记录燃烧室6内流场演变和火焰传播过程。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，其特征在于，包括进气机构(1)、单向流发生器、可视化分段、射流控制点火塞(8)、电控系统ECU(20)和监测记录系统；所述进气机构(1)与单向流发生器连接，用于产生具有湍流强度的单向流气体，所述单向流发生器与可视化分段连接，所述可视化分段设有射流控制点火塞(8)；所述电控系统ECU(20)用于控制进气机构(1)和射流控制点火塞(8)；所述监测记录系统用于监控和检测所述可视化分段内的实验参数。
2.根据权利要求1所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，其特征在于，所述单向流发生器包括壳体(2)、湍流板(3)和单向流整流板(4)；所述壳体(2)进口与进气机构(1)连接，所述壳体(2)内部根据流动方向依次设有湍流板(3)和单向流整流板(4)。
3.根据权利要求1所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，其特征在于，所述可视化分段材料为透明材料，所述可视化分段包括渐缩段(5)和燃烧室段；所述壳体(2)出口通过所述渐缩段(5)与燃烧室段连接；所述燃烧室段空间的形状为燃烧室的形状。
4.根据权利要求3所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，其特征在于，所述燃烧室段空间的形状为转子发动机上止点前20°时燃烧室的形状。
5.根据权利要求3所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，其特征在于，所述燃烧室段包括燃烧室(6)和排气道(7)；所述壳体(2)出口通过所述渐缩段(5)与燃烧室(6)连接，所述燃烧室(6)设有排气道(7)；所述燃烧室(6)内安装射流控制点火塞(8)；所述燃烧室(6)进口安装热线风速仪(21)。
6.根据权利要求1所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，其特征在于，所述射流控制点火塞(8)包括引火喷管(17)、预燃烧室(19)和进气入口II(14)，所述预燃烧室(19)一端安装火花塞(23)，所述预燃烧室(19)另一端通过引火喷管(17)与可视化分段连接；所述预燃烧室(19)上设有进气入口II(14)。
7.根据权利要求6所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，其特征在于，所述引火喷管(17)内设有阻断预燃烧室(19)与可视化分段的薄膜(18)。
8.根据权利要求1所述的射流控制点火三角转子发动机可视化试验台架，其特征在于，所述监测记录系统为光学测试设备(24)；所述光学测试设备(24)用于测试主燃烧室内的流场和观测主燃烧室内的火焰传播过程。
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