CN110864903B - 一种周向进气的双流路喷管实验管道 - Google Patents

Abstract

本发明一种周向进气的双流路喷管实验管道，属于涡扇发动机喷管实验测试装置领域；包括依次同轴连接的主流进气段、稳压段、主次流混合段和实验喷管；主流进气段具有两个主流进气通道和一个主流混合室出口；主次流混合段还具有八个与次流气源连接的次流进气通道，主流和次流在主次流混合段出口混合并流入实验喷管。本发明能够通过主流和次流的双流路模拟双涵道的喷管工作状态，同时主流和次流均采用周向进气的进气结构，周向进气不会在通气时产生轴向力，这可以在喷管实验过程中消除由进气轴向力导致的喷管推力测量误差；此外，按本发明专利参数设计的主次流混合段可以使次流有较好的均匀度，大幅降低由次流不均匀导致的实验误差。

Description

一种周向进气的双流路喷管实验管道

技术领域

本发明属于涡扇发动机喷管实验测试装置领域，具体涉及一种周向进气的双流路喷管实验管道。

背景技术

双涵道喷管是涡扇发动机排气系统的主要组成部分。在将喷管应用于涡扇发动机之前，需要通过缩比喷管实验对喷管的性能进行验证，实验中，喷管推力性能的测量是不可缺少的；此外，从科学研究的角度，喷管实验可以通过实验研究不同类型的喷管流动特性，并对数值模拟结果进行验证。因此，喷管实验是科学研究中不可缺少的一环。

2019年第34卷第7期《航空动力学报》第1493-1500页S弯二元喷管红外辐射特性实验，其中双流路喷管实验的次流采用轴向进气进入次流混合室的模式，这会导致在喷管推力的测量中包含一部分轴向进气力，由轴向进气力导致的喷管推力测量误差会使喷管推力偏大，且这个误差无法通过数据处理消除。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种周向进气的双流路喷管实验管道，采用周向进气的主流进气通道和次流进气通道，以解决现有的双流路喷管实验管道中，轴向进气力导致的喷管推力测量误差的问题。

本发明的技术方案是：一种周向进气的双流路喷管实验管道，其特征在于：包括依次同轴连接的主流进气段、稳压段、主次流混合段和实验喷管；

所述主流进气段为一侧设置有管状出口的中空球体，其周面上沿所述管状出口的径向对称设置有两个主流进气通道，用于与所述主流气源连通；所述管状出口与所述稳压段进气口连通；

所述稳压段为两端开口的腔体结构，其两端开口处均同轴设置有管状结构，分别作为所述稳压段进气口和稳压段出气口；

所述主次流混合段为两端开口的管状结构，一端作为进口端与所述稳压段出气口连通，另一端作为出气端，其管内沿轴向的通道作为主流通道；所述主次流混合段外周面上沿周向设置有环状凸台，所述环状凸台的外环面上均布多个径向的盲孔，作为次流进气通道，多个所述盲孔根部连通，作为次流混合室，用于混合各次流进气通道通入的气体；所述出气端的内壁和外壁之间沿轴向设置有次流通道，与所述次流混合室连通，用于将次流气流导通至所述出气端端口处，与通过所述主流通道的主流气流在端口处混合；

所述实验喷管为出口收敛的管状结构，其入口与所述主次流混合段的出气端连通。

本发明的进一步技术方案是：所述稳压段为中空的圆柱状结构，其两端设置的所述稳压段进气口和稳压段出气口为等径圆管。

本发明的进一步技术方案是：所述次流进气通道在位于所述环状凸台的外环面上的入口处同轴设置有圆管状的次流进气口，用于与次流气源连通。

本发明的进一步技术方案是：所述次流进气通道沿轴向分为等径段和扩张段，所述等径段靠近外环面一端，所述扩张段靠近次流混合室，所述扩张段的小径端与所述等径端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述扩张段的小径端到大径端的距离为所述次流通道内壁周面半径的1-2倍。

本发明的进一步技术方案是：所述次流通道的轴向长度为所述次流通道内壁周面半径的5-7倍。

本发明的进一步技术方案是：所述次流进气通道的数量为6-8个。

有益效果

本发明的有益效果在于：应用本发明技术方案的双流路喷管实验管道，通过周向进气的主流进气通道和次流进气通道消除了轴向进气力对实验喷管推力测量的影响；此外，通过多个喇叭口形的次流进气通道使次流均匀的进入次流混合室，并通过轴向环形出口排入次流通道，减小了由次流不均匀导致的实验喷管测量误差。相比现有技术中描述双涵道喷管实验管道，应用本发明技术方案的双流路喷管实验管道可以使实验喷管的推力测量误差下降40-50％。

相比现有技术中的双流路喷管实验管道，本发明的难点在于，使次流管道周向均匀进入次流混合室，并且通过对主次流混合段中各部分的尺寸约束保证次流通道出口丘陵的均匀性，模拟真实涡扇发动机的次流流动。

附图说明

图1是根据本发明实施例可选的一种周向进气的双流路喷管实验管道的结构示意图；

图2是根据本发明实施例可选的一种周向进气的双流路喷管实验管道的横向剖面图；

图3是根据本发明实施例可选的一种周向进气的双流路喷管实验管道的主流进气段的局部放大图；

图4是根据本发明实施例可选的一种周向进气的双流路喷管实验管道的稳压段的局部放大图；

图5是根据本发明实施例可选的一种周向进气的双流路喷管实验管道的主次流混合段的局部放大图；

图6是根据本发明实施例可选的一种周向进气的双流路喷管实验管道的次流进气通道的轴向剖面图；

图7是根据本发明实施例可选的一种周向进气的双流路喷管实验管道的实验喷管的局部放大图；

附图标记说明：1、主流进气段；2、稳压段；3、主次流混合段；4、实验喷管；5、主流进气通道；6、主流混合室；7、主流混合室出口；8、稳压室；9、主流通道；10、次流进气通道；11、次流混合室；12、次流通道。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明的实施例一种周向进气的双流路喷管实验管道，如图1、2所示，包括：主流进气段1、稳压段2、主次流混合段3、实验喷管4；主流进气段1为一侧设置有管状出口的中空球体，所述管状出口为主流混合室出口7，与所述稳压段进气口连通；主流进气段1周面上对称设置有两个主流进气通道5，且两个主流进气通道5的轴向垂直于所述管状出口轴向；

稳压段2的主体是一个空腔结构的稳压室，其两端开口处均同轴设置有管状结构，分别作为所述稳压段进气口和稳压段出气口；出气口与主次流混合段3的主流通道9入口相连；

所述主次流混合段3为两端开口的管状结构，一端作为进口端与所述稳压段2出气口连通，另一端作为出气端，其管内沿轴向的通道作为主流通道9；所述主次流混合段3外周面上沿周向设置有环状凸台，所述环状凸台的外环面上均布8个径向的盲孔，作为次流进气通道10，8个所述盲孔根部连通，作为次流混合室11，用于混合各次流进气通道通入的气体；所述次流进气通道由等截面管道和扩张管道组成，等截面管道一端与次流气源连接，而另一端与扩张管道的小面积端连接，扩张管道另一端与次流混合室连接。所述出气端的内壁和外壁之间沿轴向设置有次流通道12，与所述次流混合室11连通，用于将次流气流导通至所述出气端端口处，与通过所述主流通道9的主流气流在端口处混合并流入实验喷管4；

所述次流进气通道10的数量并非越多越好，次流进气通道越多，气流在次流进气通道内的流动损失越大，并且加工难度和价格也大幅上升，但气流在次流混合室和次流通道内的混合均匀性会更好；次流进气通道越少，气流在次流混合室和次流通道内的混合均匀性差，导致实验模拟的次流流动不准确，实验失败。经过反复设计和数值模拟研究，次流进气通道的数量取6-8个最佳，本发明专利采用8个次流进气通道。

所述扩张管道的长度会影响气流进入次流混合室的混合角度，因此，经过反复设计和数值模拟研究，扩张管道的长度取1-2个次流通道内壁半径时混合效果最佳。

所述次流通道长度会影响次流通道出口流场的均匀程度，流通道长度越长，次流通道出口流场的均匀度越高，但是主次流混合段重量会越大，这不利于实验管道安装；流通道长度越短，次流通道出口流场的越不均匀，导致实验模拟的次流流动不准确，实验失败。经过反复设计和数值模拟研究，次流通道长度取5-7个次流通道内壁半径时次流通道出口流场的均匀度最佳。

本实施例应用本发明技术方案的双流路喷管实验管道，通过周向进气的主流进气通道5和次流进气通道10消除了轴向进气力对实验喷管4推力测量的影响；此外，通过八个喇叭口形的次流进气通道10使次流均匀的进入次流混合室11，并通过轴向环形出口排入次流通道12，减小了由次流不均匀导致的实验喷管4测量误差。

具体地，如图3所示，主流进气段1的主体是一个球形的主流混合室6，主流混合室6上连接有两个周向进气且轴向对称的主流进气通道5和一个轴向出气的主流混合室出口7，主流气流通过主流进气通道5沿周向进入主流混合室6，两股主流气流在主流混合室6内混合后通过主流混合室出口7流入稳压段2。

如图4所示，稳压段2的主体是一个空腔结构的稳压室8，稳压室8入口通过一段等截面圆管道与主流混合室出口7连接，稳压室8出口通过另一段等截面圆管道与主次流混合段3的主流通道9入口连接，进入稳压段2的主流气流通过稳压室8使气流稳定性和均匀性上升，再进入主次流混合段3的主流通道9。

如图5所示，主次流混合段3包括主流通道9、次流进气通道10、次流混合室11和次流通道12，主流通道9入口与稳压段2出口连接，八个周向进气且轴向对称的次流进气通道10与次流混合室11连接，次流进气通道10的另一端与主流气源连接，次流混合室11的环形出口与环形的次流通道12连接，次流气体次流进气通道10沿周向进入次流混合室11后，再通过次流混合室11沿轴向环形出口流入次流通道12，通过主流通道9的主流气流与通过次流通道12的次流气流在主次流混合段3出口混合，主次流混合段3出口与实验喷管4入口连接。

如图6所示，次流进气通道10由等截面管道和扩张管道组成，等截面管道一端与次流气源连接，而另一端与扩张管道的小面积端连接，扩张管道另一端与次流混合室11连接，八个次流进气通道10沿周向“米”字形排布，次流气流通过这种结构能够周向均匀的进入次流混合室11。

如图7所示，实验喷管4由需要进行实验的喷管结构而定，可以是任何一种类型的喷管结构，本专利采用轴对称收敛喷管作为示例。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种周向进气的双流路喷管实验管道，其特征在于：包括依次同轴连接的主流进气段、稳压段、主次流混合段和实验喷管；

所述主流进气段为一侧设置有管状出口的中空球体，其周面上沿所述管状出口的径向对称设置有两个主流进气通道，用于与所述主流气源连通；所述管状出口与所述稳压段的进气口连通；

所述稳压段为两端开口的腔体结构，其两端开口处均同轴设置有管状结构，分别作为所述稳压段进气口和稳压段出气口；

所述主次流混合段为两端开口的管状结构，一端作为进口端与所述稳压段出气口连通，另一端作为出气端，其管内沿轴向的通道作为主流通道；所述主次流混合段外周面上沿周向设置有环状凸台，所述环状凸台的外环面上均布多个径向的盲孔，作为次流进气通道，多个所述盲孔根部连通，作为次流混合室，用于混合各次流进气通道通入的气体；所述出气端的内壁和外壁之间沿轴向设置有次流通道，与所述次流混合室连通，用于将次流气流导通至所述出气端端口处，与通过所述主流通道的主流气流在端口处混合；

所述实验喷管为出口收敛的管状结构，其入口与所述主次流混合段的出气端连通。

2.根据权利要求1所述周向进气的双流路喷管实验管道，其特征在于：所述稳压段为中空的圆柱状结构，其两端设置的所述稳压段进气口和稳压段出气口为等径圆管。

3.根据权利要求1所述周向进气的双流路喷管实验管道，其特征在于：所述次流进气通道在位于所述环状凸台的外环面上的入口处同轴设置有圆管状的次流进气口，用于与次流气源连通。

4.根据权利要求1所述周向进气的双流路喷管实验管道，其特征在于：所述次流进气通道沿轴向分为等径段和扩张段，所述等径段靠近外环面一端，所述扩张段靠近次流混合室，所述扩张段的小径端与所述等径段连接。

5.根据权利要求4所述周向进气的双流路喷管实验管道，其特征在于：所述扩张段的小径端到大径端的距离为所述次流通道内壁周面半径的1-2倍。

6.根据权利要求1所述周向进气的双流路喷管实验管道，其特征在于：所述次流通道的轴向长度为所述次流通道内壁周面半径的5-7倍。

7.根据权利要求1所述周向进气的双流路喷管实验管道，其特征在于：所述次流进气通道的数量为6-8个。

Images