CN112413643A - 一种防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，解决现有通过环槽式气腔向燃烧室供应空气，存在空气供应入口管正下方的空气直流喷嘴流量偏大，影响空气喷注均匀性，甚至造成燃烧室烧蚀的问题。该机构包括喷注盘、环槽盖板和两个空气分流板；喷注盘上部设有环形槽，环形槽槽底设有多个均布的空气直流喷嘴；环槽盖板位于喷注盘上部环形槽处，环槽盖板与喷注盘之间形成环形空气腔；环槽盖板上设有周向均匀的两个空气供应入口管，空气供应入口管与环形空气腔连通；两个空气分流板位于环形空气腔内，且分别位于两个空气供应入口管的正下方，两个空气分流板在高度方向上相错设置，两个空气分流板实现气流分层流动，气流相互掺混而减速成为低速的流动。

Description

一种防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构

技术领域

本发明涉及高温燃气生成装置用空气供应技术，具体涉及一种防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构。

背景技术

在地面发动机试验过程中，需要模拟高焓来流，地面一般采用氧化剂、燃料燃烧加热空气模拟发动机进气道捕获的来流。空气加热装置环槽式气腔出口是均匀分布的空气直流喷嘴，空气从边区分两层(内、外层)进入燃烧室，空气流动状态对燃烧室的温度场分布具有较强的影响，也对燃烧室边区的冷却、近喷注器面的雾化、燃烧组织等都会产生影响。

现有通过环槽式气腔向燃烧室供应空气，环槽式气腔入口是设置在环槽式气腔上的入口管，空气从入口管直接进入空气环槽腔，将会导致空气供应入口管正下方的空气直流喷嘴流量偏大，而且在强气流的正面冲击下，气流的湍流度增大，影响空气喷注的均匀性，进而影响燃烧室出口的温度场分布，边区冷却等，甚至造成燃烧室烧蚀。

发明内容

为了解决现有通过环槽式气腔向燃烧室供应空气，存在空气供应入口管正下方的空气直流喷嘴流量偏大，以及在强气流的正面冲击下，气流的湍流度增大，影响空气喷注均匀性，进而影响燃烧室出口的温度场分布，边区冷却，甚至造成燃烧室烧蚀的技术问题，本发明提供了一种防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特殊之处在于：包括喷注盘、环槽盖板和两个空气分流板；

所述喷注盘上部设有环形槽，环形槽槽底沿圆周方向设有多个均布的空气直流喷嘴；

所述环槽盖板位于喷注盘上部的环形槽处，环槽盖板与喷注盘之间形成环形空气腔；

所述环槽盖板上设有周向均匀的两个空气供应入口管，空气供应入口管与所述环形空气腔连通；

两个空气分流板位于环形空气腔内，且分别位于两个空气供应入口管的正下方，两个空气分流板在高度方向上相错设置；

定义空气分流板底面所在平面为XY平面，Y轴方向与喷注盘的径向重合且经过空气供应入口管的轴线，空气分流板的顶面为沿X轴方向依次连接的第一平面、第一内凹弧面、第二平面、第二内凹弧面和第三平面；第二平面位于空气分流板的中部且在高度方向上高于第一平面和第三平面，第二平面沿Y轴方向设有多个第一分流孔；第一内凹弧面和第二内凹弧面对称设置在第二平面的两侧；第一平面上或者第一平面与第一内凹弧面连接处沿Y方向设有多个第二分流孔，第三平面与第一平面结构相同，且第三平面和第一平面对称设置在第二平面的两侧；

每个空气分流板上，所有第一分流孔和所有第二分流孔的总面积与位于该空气分流板底面下方的所有空气直流喷嘴面积相等。

进一步地，所述第一内凹弧面曲率半径、第二内凹弧面曲率半径均与空气分流板的第二平面到底面距离n相等。

进一步地，所述空气分流板的第二平面与底面间的距离n为环形空气腔高度m的1/4。

进一步地，所述空气分流板沿Y轴方向的长度与空气供应入口管的直径相等，空气分流板沿X轴方向的长度为环形空气腔高度m的1/4。

进一步地，每个空气分流板上，所有第一分流孔的总面积是所有第二分流孔总面积的1.7倍。

进一步地，两个空气分流板中，定义安装位置较低的空气分流板为空气分流板B，安装位置较高的空气分流板为空气分流板A；

空气分流板A的第二平面与环形空气腔顶面间的距离d、空气分流板A底面与空气分流板B的第二平面间的距离c满足以下关系式：

c＝d＝(1/8)m

其中，m为环形空气腔高度。

进一步地，空气分流板的第二平面与底面间的距离n、空气分流板B底面与环形空气腔底面间的距离b满足以下关系式：

n＝b＝(1/4)m。

进一步地，所述第一平面和第一内凹弧面为圆弧过渡连接，且第二分流孔靠近圆弧过渡连接处设置。

进一步地，所述第一分流孔的直径大于第二平面沿X轴方向的宽度；

所述第一分流孔的直径大于第二分流孔的直径。

进一步地，每个空气分流板上，第一平面和第二平面的高度差为0.25m。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明喷射机构通过两个空气分流板实现对气流的导向作用，每个空气分流板两侧的第二分流孔形成气流第一级掺混减速作用，空气分流板中部的第一分流孔形成第二级掺混减速作用，两排第二分流孔和一排第一分流孔组成的三排孔同时兼具气流供应作用；两个空气分流板具有高度差实现最终空气压力完全建立后气流在环形空气腔内由初始的高速改变为分层流动，使得气流相互掺混而减速成为低速的流动，同时两股空气流形成掺混减速后，气流流动的湍流度将减小，为空气的均匀供应提供了基础。

2、本发明喷射机构仅需在环形空气腔内设置两个空气分流板，具有结构简单的特点。

3、本发明喷射机构采用两个空气入口管路、两个空气分流板能够实现气流的分流与减速，避免气流垂直撞击环槽底面而造成的强湍流与流量均匀性变差的问题，同时空气分流板具有一定的整流效果，避免了在环形空气腔内安装整流板等装置，使得喷射机构体积较大。

附图说明

图1是本发明防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构的剖视图；

图2是本发明防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构的局部结构示意图(示出一半结构，且安装一个空气分流板)；

图3是本发明防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构中空气分流板的结构示意图一；

图4是本发明防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构中空气分流板的结构示意图二；

图5是本发明防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构中空气分流板的结构示意图三；

图6是本发明防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构的气流流向示意图；

其中，附图标记如下：

1-喷注盘，11-环形槽，12-空气直流喷嘴，2-环槽盖板，3-空气分流板，31-第一平面，311-第二分流孔，32-第一内凹弧面，33-第二平面，331-第一分流孔，34-第二内凹弧面，35-第三平面，4-空气供应入口管,5-环形空气腔。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

如图1和图2所示，一种防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，包括喷注盘1、环槽盖板2和两个空气分流板3；喷注盘1上部设有环形槽11，环形槽11槽底沿圆周方向设有多个均布的空气直流喷嘴12，空气直流喷嘴12以喷注盘1轴线为圆心周向分布两圈；环槽盖板2位于喷注盘1上部的环形槽11处，环槽盖板2与喷注盘1之间形成环形空气腔5；环槽盖板2上设有周向均匀的两个空气供应入口管4，空气供应入口管4与环形空气腔5连通，空气供应入口管4的轴线与空气直流喷嘴12的轴线平行；本发明环形空气腔5的入口是沿周向均布的两个空气供应入口管4，采用两个空气管路供应，压力均5～15MPa，在进入环形空气腔5时，为了解决空气湍流度大，均匀性差，同时防止空气供应入口管4正下方气流流量偏差较大而引起的燃烧组织恶化、外圈空气形成的气膜厚度不一致的问题，本发明在环形空气腔5内设置两个空气分流板3，两个空气分流板3分别位于两个空气供应入口管4的正下方，且两个空气分流板3在高度方向上相错设置。本发明空气在进入环形空气腔5时采用一种气动分层与封闭结构即实现空气导流，减小气流的湍流度，进而实现了空气均匀供应的目的。

如图3至图5所示，定义空气分流板3底面所在平面为XY平面，Y轴方向与喷注盘1的径向重合且经过空气供应入口管4的轴线延长线；空气分流板3的顶面为沿X方向依次连接的第一平面31、第一内凹弧面32、第二平面33、第二内凹弧面34和第三平面35；第二平面33位于空气分流板3的中部且在高度方向上高于第一平面31和第三平面35，第二平面33上沿Y方向设有多个第一分流孔331；第一内凹弧面32和第二内凹弧面34对称设置在第二平面33的两侧；第一平面31沿Y方向设有多个第二分流孔311，第三平面35与第一平面31结构相同，第三平面35上沿Y方向也设有多个第二分流孔311，第一分流孔331的直径大于第二分流孔311的直径，第三平面35和第一平面31对称设置在第二平面33的两侧。

图1喷射机构中安装两个空气分流板3；为了清晰表示喷注盘1的环形槽11结构，图2只示意出一个空气分流板3，其中，左侧未安装空气分流板3，右侧安装有空气分流板3。空气分流板3安装时，空气分流板3的Y方向与喷注盘1的径向重合，并位于空气供应入口管4正中心的下方。

以图1中安装位置较低(左侧)的空气分流板3为空气分流板B，位于空气分流板B上方的空气供应入口管4为空气供应入口管B；以图1中安装位置较高(右侧)的空气分流板3为空气分流板A，位于空气分流板A上方的空气供应入口管4为空气供应入口管A。由于两个空气分流板3作用，环形空气腔5内气流的流向见图6所示，空气气流自空气供应入口管B进入环形空气腔5，遇到空气分流板B后改变气流方向，沿着空气分流板B的两个圆弧斜面(第一内凹弧面32和第二内凹弧面34)导向成周向运动，空气分流板B两侧小孔(第二分流孔311)流速较大孔(第一分流孔331)高，主要作用形成气流第一级掺混减速的效果，中间(第一分流孔331)作用形成第二级掺混减速，三排孔同时兼具气流供应的作用；空气气流自空气供应入口管A进入环形空气腔5，遇到空气分流板A后改变气流方向，空气分流板A对空气气流的作用与空气分流板B相同；最终空气压力完全建立后气流在环形空气腔内由初始的高速改变为分层流动，使得气流相互掺混而减速成为低速的流动，同时两股空气流形成掺混减速后，气流流动的湍流度将减小，为空气的均匀供应提供了基础。

为了进一步确保两个空气供应入口管4的气流在环形空气腔5内存在较好的分层流动，可进一步减小垂直撞击带来的气流紊乱，本实施例通过对两个空气分流板3安装高度进行如下控制：

空气分流板A的第二平面33与环形空气腔5顶面间的距离d、空气分流板A底面与空气分流板B的第二平面33间的距离c满足以下关系式：c＝d＝(1/8)m；其中，m为环形空气腔5高度；

空气分流板B(空气分流板A)的第二平面33与底面间的距离n、空气分流板B底面与环形空气腔5底面间的距离b满足以下关系式：n＝b＝(1/4)m。

本实施例空气分流板3上的分流孔数量，结合空气直流喷嘴12的总数、空气流量、环形槽11的径向宽度、空气分流板3遮挡下方空气直流喷嘴12的面积、空气分流板3的安装高度等参数进行合理设计，本发明空气分流板3上设计三排孔，分别为设置在第一平面31上的第一排孔、设置在第二平面33上的第二排孔、设置在第三平面35上的第三排孔，第一排孔为沿Y方向并排设置的4个第二分流孔311，第二排孔为沿Y方向并排设置的3个第一分流孔331，第三排孔为沿Y方向并排设置的4个第二分流孔311，且三排孔的孔径总面积(8个第二分流孔311和3个第一分流孔331)与空气分流板3底部遮挡的空气直流喷嘴12孔径面积相同。

以及，空气分流板3的第一内凹弧面32曲率半径、第二内凹弧面34曲率半径均与空气分流板3的第二平面33到底面距离n相等，第一内凹弧面32中部切向斜面与空气分流板33底面的夹角α为52度；空气分流板3沿Y轴方向的长度与空气供应入口管4的直径相等，空气分流板3沿X轴方向的长度为环形空气腔5高度m的1/4；每个空气分流板3上，所有第一分流孔331的总面积是所有第二分流孔311的总面积的1.7倍；每个空气分流板3上，第一平面31和第二平面33的高度差为0.25m。

本实施例喷射机构采用两个空气供应入口管、两个空气分流板能够实现气流的分流与减速，避免气流由于直接撞击而造成的湍流度大、入口管正对的直流喷嘴流量大的问题。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (10)

1.一种防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：包括喷注盘(1)、环槽盖板(2)和两个空气分流板(3)；

所述喷注盘(1)上部设有环形槽(11)，环形槽(11)槽底沿圆周方向设有多个均布的空气直流喷嘴(12)；

所述环槽盖板(2)位于喷注盘(1)上部的环形槽(11)处，环槽盖板(2)与喷注盘(1)之间形成环形空气腔(5)；

所述环槽盖板(2)上设有周向均匀的两个空气供应入口管(4)，空气供应入口管(4)与所述环形空气腔(5)连通；

两个空气分流板(3)位于环形空气腔(5)内，且分别位于两个空气供应入口管(4)的正下方，两个空气分流板(3)在高度方向上相错设置；

定义空气分流板(3)底面所在平面为XY平面，Y轴方向与喷注盘(1)的径向重合且经过空气供应入口管(4)的轴线，空气分流板(3)的顶面为沿X轴方向依次连接的第一平面(31)、第一内凹弧面(32)、第二平面(33)、第二内凹弧面(34)和第三平面(35)；第二平面(33)位于空气分流板(3)的中部且在高度方向上高于第一平面(31)和第三平面(35)，第二平面(33)沿Y轴方向设有多个第一分流孔(331)；第一内凹弧面(32)和第二内凹弧面(34)对称设置在第二平面(33)的两侧；第一平面(31)上或者第一平面(31)与第一内凹弧面(32)连接处沿Y方向设有多个第二分流孔(311)，第三平面(35)与第一平面(31)结构相同，且第三平面(35)和第一平面(31)对称设置在第二平面(33)的两侧；

每个空气分流板(3)上，所有第一分流孔(331)和所有第二分流孔(311)的总面积与位于该空气分流板(3)底面下方的所有空气直流喷嘴(12)面积相等。

2.根据权利要求1所述防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：所述第一内凹弧面(32)曲率半径、第二内凹弧面(34)曲率半径均与空气分流板(3)的第二平面(33)到底面距离n相等。

3.根据权利要求1或2所述防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：所述空气分流板(3)的第二平面(33)与底面间的距离n为环形空气腔(5)高度m的1/4。

4.根据权利要求3所述防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：所述空气分流板(3)沿Y轴方向的长度与空气供应入口管(4)的直径相等，空气分流板(3)沿X轴方向的长度为环形空气腔(5)高度m的1/4。

5.根据权利要求4所述防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：每个空气分流板(3)上，所有第一分流孔(331)的总面积是所有第二分流孔(311)总面积的1.7倍。

6.根据权利要求1所述防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：

两个空气分流板(3)中，定义安装位置较低的空气分流板为空气分流板B，安装位置较高的空气分流板为空气分流板A；

空气分流板A的第二平面(33)与环形空气腔(5)顶面间的距离d、空气分流板A底面与空气分流板B的第二平面(33)间的距离c满足以下关系式：

c＝d＝(1/8)m

其中，m为环形空气腔(5)高度。

7.根据权利要求6所述防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：

空气分流板(3)的第二平面(33)与底面间的距离n、空气分流板B底面与环形空气腔(5)底面间的距离b满足以下关系式：

n＝b＝(1/4)m。

8.根据权利要求1所述防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：所述第一平面(31)和第一内凹弧面(32)为圆弧过渡连接，且第二分流孔(311)靠近圆弧过渡连接处设置。

9.根据权利要求1所述防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：所述第一分流孔(331)的直径大于第二平面(33)沿X轴方向的宽度；

所述第一分流孔(331)的直径大于第二分流孔(311)的直径。

10.根据权利要求1所述防串腔高温燃气生成装置用空气喷射机构，其特征在于：每个空气分流板(3)上，第一平面(31)和第二平面(33)的高度差为0.25m。

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