CN110987352A

CN110987352A - 一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置

Info

Publication number: CN110987352A
Application number: CN201911397278.6A
Authority: CN
Inventors: 雷静; 席文雄; 罗世彬
Original assignee: Hunan Airtops Intelligent Technology Co ltd
Current assignee: Hunan Airtops Intelligent Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-30
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2020-04-10

Abstract

本发明提供一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，包括：包括加热器、冷空气掺混段、燃料掺混器以及喷管，所述加热器与冷空气掺混段前端相连，所述冷空气掺混段的后端与所述燃料掺混器的前端相连，所述燃料掺混器末端连接有喷管。本发明提供一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，具有气流供应温度宽范围调节的特点。

Description

一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置

技术领域

本发明涉及航空航天领域，具体为一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置。

背景技术

基于火箭发动机多阵列离散喷嘴喷注燃烧原理的燃气发生或空气加热器在航空航天领域有广泛的应用，它将氧化剂和燃料按照设计要求的混合比组织燃烧，获得一定压力、温度、流量和速度参数要求的燃气，以实现特定的目的，如产生引射气流、驱动涡轮、产生弹射气流等，具有系统简单、可靠，无毒无污染，可重复、快速起动等特点。其中，空气加热器是地面风洞设备的重要组成部分。一般用于地面模拟飞行器在高空高速飞行时所处的总温总压气流流动状态。空气加热器（超声速预混气流生成装置）一般需要保持燃烧产物中的氧气含量不变，因此需要额外的补入燃烧所消耗的氧气。地面风洞分为外流风洞和内流风洞，外流风洞一般用于飞行器的外表面气动性能研究。内流风洞又称为推进风洞，一般用于研究吸气式发动机的燃烧工作性能。对于吸气式发动机，如超燃冲压发动机，关键的一个工作过程是燃料的注入过程。获得均匀分布的燃料浓度散布对于提高燃烧性能至关重要。为了在地面条件下营造一种理想均匀混合的浓度条件，需要提供一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，具有气流供应温度宽范围调节的特点。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，包括：包括加热器、冷空气掺混段、燃料掺混器以及喷管，所述加热器与冷空气掺混段前端相连，所述冷空气掺混段的后端与所述燃料掺混器的前端相连，所述燃料掺混器末端连接有喷管；

所述冷空气掺混段包括冷空气喷嘴，所述冷空气喷嘴设置于所述冷空气掺混段的外侧，且冷空气掺混段内部形成冷空气腔体，所述冷空气腔体与冷空气喷嘴相联通；

所述燃料掺混器包括：突扩段、燃料喷注段以及燃料预混段，所述燃料喷注段设置于突扩段和燃料预混段之间，所述燃料掺混器内部形成掺混腔体，所述燃料掺混器内部还设置有燃料喷注器；

所述燃料喷注段的外侧设置有燃料接嘴，所述燃料接嘴与燃料喷注器相连。

可选的，所述冷空气腔体和所述掺混腔体形成气流通道，所述气流的方向沿冷空气腔体流向掺混腔体。

可选的，所述突扩段沿气流的方向，横截面积逐渐增大。

可选的，所述燃料喷注段外侧设置有两个连接环，两个所述的连接环通过螺钉连接，用以将所述突扩段和燃料预混段进行连接。

可选的，所述燃料喷注段内侧设置有安装支架，所述安装支架上设置有燃料喷注器。

可选的，所述所述燃料喷注段的外侧还设置有冷却水接嘴，所述安装支架内部设置有冷却水管路和燃料管路；

所述燃料喷注器内设置有冷却水腔、燃料集液管和燃料集液腔；

所述冷却水接嘴、冷却水管路以及冷却水腔相互联通；

所述燃料喷嘴、燃料管路、燃料集液管以及燃料集液腔相互联通，所述燃料喷注器的尾部设置有燃料喷嘴。

可选的，所述安装支架包括四根支板，所述四根支板形成十字形状。

可选的，所述冷空气掺混段内壁形成冷空气进气口。

可选的，所述喷管的外部形成有出口，以供气流排出。

可选的，所述燃料预混段用以燃料和空气的混合。

本发明的有益效果在于：

1. 本发明提供一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，具有气流供应温度宽范围调节的特点。

2.本发明实施例提供一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，通过控制冷空气掺混段的冷空气供应量，将装置内的高温空气温度降低，调节到所需要的空气温度，加热器产生的空气温度为1600-1800K，通过冷空气掺混段的冷空气控制，将其温度调节为600-1500K，具有气流供应温度宽范围调节的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是对本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据提供的附图获得其他的附图。

图1 是本发明实施例提供的一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置立体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置主视结构示意图；

图3是图2中沿A-A向剖视示意图；

图4是图2中沿B-B向剖视示意图；

图5是图2中沿C-C向剖视示意图；

图6是图5中A处局部放大示意图；

图7是图5中B处局部放大示意图。

附图标记：1 加热器；2冷空气掺混段；20 冷空气腔体；21 冷空气喷嘴；22冷空气进气口； 3燃料掺混器；30燃料喷注段；31 冷却水接嘴；310 冷却水管路； 32燃料接嘴；322燃料管路；33 燃料喷注器；330头部；331冷却水腔；332 燃料集液管；333 燃料集液腔；334燃料喷嘴；34安装支架；35突扩段；36 燃料预混段；37预混气流高温区；38 连接环；39 掺混腔体；4 喷管；40 出口；5 螺钉。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

参见图1-7所示，本发明实施例提供一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置包括：包括加热器1、冷空气掺混段2、燃料掺混器3以及喷管4，所述加热器1与冷空气掺混段2前端相连，所述冷空气掺混段2的后端与所述燃料掺混器3的前端相连，所述燃料掺混器3末端连接有喷管4；所述喷管4为拉瓦喷管。

所述冷空气掺混段2包括冷空气喷嘴21，所述冷空气喷嘴21设置于所述冷空气掺混段2的外侧，且冷空气掺混段2内部形成冷空气腔体20，所述冷空气腔体20与冷空气喷嘴21相联通；通过冷空气喷嘴21通入冷空气至冷空气腔体20，从而将其加热器1加热产生的高温气体降温。

所述燃料掺混器3包括：突扩段35、燃料喷注段30以及燃料预混段36，所述燃料喷注段30设置于突扩段35和燃料预混段36之间，所述燃料掺混器3内部形成掺混腔体39，所述燃料掺混器3内部还设置有燃料喷注器33；

所述燃料喷注段30的外侧设置有燃料接嘴32，所述燃料接嘴32与燃料喷注器33相连。燃料接嘴32用以喷注气体或者液体燃料。

本发明实施例采用通过控制冷空气掺混段的冷空气供应量，将装置内的高温空气温度降低，调节到所需要的空气温度。加热器1产生的空气温度为1600-1800K，通过冷空气掺混段2的冷空气控制，将其温度调节为600-1500K，具有气流供应温度宽范围调节的特点。

本实施例的冷空气一方面可以在冷空气掺混段2和突扩段35的内壁形成保护气膜，保护其壁面不受损失，另一方面，可以使加热器1产生的高温燃气降温。

进一步，所述冷空气腔体20和所述掺混腔体39形成气流通道，所述气流的方向沿冷空气腔体20流向掺混腔体39。

进一步，所述突扩段35沿气流的方向，横截面积逐渐增大。从冷空气喷嘴21进入冷空气腔体20的冷空气与加热器1产生高温燃气在突扩段35进行减速掺混。

进一步，所述燃料喷注段30外侧设置有两个连接环38，两个所述的连接环38通过螺钉5连接，用以将所述突扩段35和燃料预混段36进行连接固定。

进一步，燃料喷注段30内侧设置有安装支架34，所述安装支架34上设置有燃料喷注器33，参见图3-4所示，本实施例的安装支架34包括四根支板，所述四根支板形成十字形状。安装支架34可以用以支撑所述燃料喷注器33。

参见图2-4所示，所述所述燃料喷注段30的外侧还设置有冷却水接嘴31，所述安装支架34内部设置有冷却水管路310和燃料管路322；

所述燃料喷注器33的头部330内设置有冷却水腔331、燃料集液管332和燃料集液腔333；

所述冷却水接嘴31、冷却水管路310以及冷却水腔331相互联通；本实施例设置四个冷却水接嘴31、四根冷却水管路310，冷却水经过其中的两个冷却水接嘴31，然后经过对应的两根冷却水管路310，进入到冷却水腔331，将其燃料喷注器33的头部进行冷却，然后再从另外两根冷却水管路310，从另外两个冷却水接嘴31出去。

加热器1产生的高温燃气经过沿着气流通道直接喷到燃料喷注器33的头部，为了避免燃料喷注器的头部受到高温燃气的损伤，因而采用本实施例的冷却水保护其头部不受高温燃气的损伤。

所述燃料喷嘴334、燃料管路322、燃料集液管332以及燃料集液腔333相互联通，所述燃料喷注器33的尾部设置有燃料喷嘴334。

燃料经过燃料接嘴32，再依次经过燃料管路322、燃料集液管332，然后至燃料集液腔333，再经过燃料喷嘴334喷至燃料预混段36，在燃料预混段36，燃料与空气混合。

燃料预混段36的末端形成预混气流高温区37，燃料与空气混合后至预混气流高温区37，在预混气流高温区37内，燃料被热空气加热成气态，形成燃料预混状态的超声速气流，随后经喷管4喷出至下一阶段的燃烧室（附图未示）。

进一步，所述冷空气掺混段2内壁形成冷空气进气口22。所述冷空气进气口22为斜切孔，掺混效果会更好，冷空气与高温燃气更均匀。

所述喷管4的外部形成有出口40，以供气流排出。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，包括：包括加热器（1）、冷空气掺混段（2）、燃料掺混器（3）以及喷管（4），所述加热器（1）与冷空气掺混段（2）前端相连，所述冷空气掺混段（2）的后端与所述燃料掺混器（3）的前端相连，所述燃料掺混器（3）末端连接有喷管（4）；

所述冷空气掺混段（2）包括冷空气喷嘴（21），所述冷空气喷嘴（21）设置于所述冷空气掺混段（2）的外侧，且冷空气掺混段（2）内部形成冷空气腔体（20），所述冷空气腔体（20）与冷空气喷嘴（21）相联通；

所述燃料掺混器（3）包括：突扩段（35）、燃料喷注段（30）以及燃料预混段（36），所述燃料喷注段（30）设置于突扩段（35）和燃料预混段（36）之间，所述燃料掺混器（3）内部形成掺混腔体（39），所述燃料掺混器（3）内部还设置有燃料喷注器（33）；

所述燃料喷注段（30）的外侧设置有燃料接嘴（32），所述燃料接嘴（32）与燃料喷注器（33）相连。

2.如权利要求1所述的可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，所述冷空气腔体（20）和所述掺混腔体（39）形成气流通道，所述气流的方向沿冷空气腔体（20）流向掺混腔体（39）。

3.如权利要求1所述的可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，所述突扩段（35）沿气流的方向，横截面积逐渐增大。

4.如权利要求1所述的可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，所述燃料喷注段（30）外侧设置有两个连接环（38），两个所述的连接环（38）通过螺钉（5）连接，用以将所述突扩段（35）和燃料预混段（36）进行连接。

5.如权利要求1所述的可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，所述燃料喷注段（30）内侧设置有安装支架（34），所述安装支架（34）上设置有燃料喷注器（33）。

6.如权利要求5所述的可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，所述所述燃料喷注段（30）的外侧还设置有冷却水接嘴（31），所述安装支架（34）内部设置有冷却水管路（310）和燃料管路（322）；

所述燃料喷注器（33）内设置有冷却水腔（331）、燃料集液管（332）和燃料集液腔（333）；

所述冷却水接嘴（31）、冷却水管路（310）以及冷却水腔（331）相互联通；

所述燃料喷嘴（334）、燃料管路（322）、燃料集液管（332）以及燃料集液腔（333）相互联通，所述燃料喷注器（33）的尾部设置有燃料喷嘴（334）。

7.如权利要求5所述的可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，所述安装支架（34）包括四根支板，所述四根支板形成十字形状。

8.如权利要求1所述的可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，所述冷空气掺混段（2）内壁形成冷空气进气口（22）。

9.如权利要求1所述的可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，所述喷管（4）的外部形成有出口（40），以供气流排出。

10.如权利要求1所述的可工况宽范围调节的超声速预混气流生成装置，其特征在于，所述燃料预混段（36）用以燃料和空气的混合。