CN112461493B - 用于引射器的喷管、引射单元及空气引射器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于引射器的喷管、引射单元及空气引射器，喷管呈喇叭状，包括大径端和小径端；在喷管的管壁中，沿喷管的周向设有环形气流驻室，环形气流驻室的朝向小径端的一侧设有开口，开口延伸至小径端的端面上；在喷管的大径端，沿喷管的周向设有多个进气口，每个进气口通过一个设置于喷管管壁中的进气通道连接于环形气流驻室。本发明能够提高引射气流与被引射气流的接触面积，减少压力损失，提高混合效率及增压比。

Description

用于引射器的喷管、引射单元及空气引射器

技术领域

本发明属于风洞技术领域，更具体地，涉及一种用于引射器的喷管、引射单元及空气引射器。

背景技术

现有风洞技术中，引射器的结构主要有用三种：中心引射器、环形引射器和多喷管引射器。

图1A是中心引射器的混合室入口截面图，在引射管7的管道中心安装一个引射喷管8，引射气流由引射喷管8沿引射管7的轴线方向喷入混合室，被引射气流由引射喷管8周围流入混合室；这样的布置使得引射管7管壁附近为低速被引射气流，摩擦损失较小，但是气流混合不均，想要达到气流充分混合，所需要的混合室较长。采用这种引射方案的超声速引射器具有尺寸大，效率低和噪声高等缺点，除了专门设备和做对比试验研究，在建的风洞中已很少使用。

图1B是环形引射器的混合室入口截面图，在引射管7的管道内壁安装一个环形喷管9，引射气流由环形喷管9沿引射管7内壁喷入混合室四周，被引射气流在引射管7中间；其特点是高压高速引射气流沿四周壁面喷出，混合室长度方向上的摩擦损失较大，且由于环形喷管9的缝隙很小，喷流及其产生的激波尺度也很小，易于衰减，产生的噪声升压级相对较小，其产生的激波结构趋于二维，两股气流的掺混过程缓慢，虽然能够缩短混合室长度，但是喷出的引射气流受管道固壁限制，摩擦损失大。早其建造的高超声速风洞仍然在广泛使用这种引射器。

图1C是多喷管引射器的混合室入口截面图，在引射管7的管道中安装多个小喷管10，在混合室入口均匀布置多个较小的超声速引射小喷管10，高压引射流通过这些小喷管10形成多股超声速引射气流喷入混合室，同时，被引射气流通过小喷管10间的间隙流入混合室。由于引射气流与被引射气流的横向特征尺寸减小，气流混合面积增加，气流达到充分混合所需要的混合室长度可以大大减小，混合室出口气流更加均匀，因而摩擦和混合不均所带来的损失也大大降低。多喷管引射器由于其独特的优点，得到了越来越广泛的应用，现代设计的风洞，大都采用多喷嘴引射方式，但是该种类型的引射器，引射喷管和被引射气流通道的结构复杂，设计、加工难度大，并且，多个引射喷管安放在被引射气流通道中，会对被引射气流造成较大的能量损失。另外，研究表明，多喷管引射器如果设计不当，多喷管出口的超声速引射气流会相互撞击，加剧了压力损失。

除上述三种引射器之外，现有技术中还有一种差分引射器，是一种理论上的无穷多级引射器，这种引射器的应用模型，采用周边布局喷管的方法，以获得较高的增压比，但是数据表明，这种引射器结构，只有在小口径下，引射器管道内的喷射气流才能实现与引射气流的有效混合，而且，为实现不同Ma数的喷管射流，需要沿引射管轴向设置几十个喷管，其结构复杂，加工难度大，差分引射器难以在大口径风洞普及应用。

因此期待研发一种用于引射器的喷管、引射单元及空气引射器，提高引射气流与被引射气流的接触面积、提高混合效率，减少压力损失，并简化结构，降低降低加工难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于引射器的喷管、引射单元及空气引射器，提高引射气流与被引射气流的接触面积，减少压力损失，提高混合效率及增压比。

为了实现上述目的，本发明提供一种用于引射器的喷管，所述喷管呈喇叭状，包括大径端和小径端；

在所述喷管的管壁中，沿所述喷管的周向设有环形气流驻室，所述环形气流驻室的朝向所述小径端的一侧设有开口，所述开口延伸至所述小径端的端面上；

在所述喷管的大径端，沿所述喷管的周向设有多个进气口，每个所述进气口通过一个设置于所述喷管管壁中的进气通道连接于所述环形气流驻室。

可选地，所述开口呈环状，与所述环形气流驻室相对应，所述开口的轴向截面包括依次连接的喉段和扩展段，所述喉段连接于所述环形气流驻室，所述扩展段呈尖劈状，其尖端连接于所述喉段。

可选地，所述喷管的管壁上设有通气孔，所述通气孔的轴线与所述喷管的轴线平行，所述通气孔的位置避开所述进气口、所述进气通道、所述环形气流驻室及所述开口。

可选地，在所述喷管的大径端，沿所述喷管的周向一体成型有连接板，所述进气口设置于所述连接板的径向外侧。

本发明还提供一种引射单元，包括套筒及上述的用于引射器的喷管，所述套筒的一端由所述喷管的小径端套设于所述喷管并与所述喷管的大径端密封连接，所述喷管的小径端的端面位于所述套筒内。

可选地，所述喷管的小径端的两侧的面积分配比例为F，F＝1:1。

本发明还提供一种空气引射器，包括依次连接的进气管、至少一个上述的引射单元、扩压管；

所述多个引射单元同轴串连构成混合室，每个所述引射单元的喷管的小径端均朝向所述扩压管，位于上游的所述引射单元的套筒连接于其下游引射单元的喷管的大径端。

可选地，所述扩压管包括依次连接的腰型管、直管及扩散管，所述腰型管连接于所述混合室末端的引射单元的套筒上，所述扩散管呈喇叭状，包括大口径端和小口径端，所述小口径端与所述直管连接。

可选地，所述腰型管的收缩角度为5°～10°，扩张角度为4°～7°，所述直管的长度与半径的比值为5～10。

可选地，所述引射单元至少为三个，每个引射单元上设有至少两个进气口，所述至少两个进气口沿所述喷管的周向均匀分布。

本发明的有益效果在于：

1、本发明的喷管呈喇叭状，其大径端为被引射气流的入口端，小径端为被引射气流的出口端，引射气流由进气口经进气通道达到环形气流驻室，并由环形气流驻室的开口喷出与被引射气流混合，以达到引射的效果；引射气流经环形气流驻室后由喷管小径端端面上的开口喷出，形成环状的自由射流，其掺混面积大，摩擦损失小，引射效率高；且进气通道设置于喷管的管壁内，与喷管的弧度相适应，为圆滑过渡，没有迎着引射气流的台阶，大大减小对于引射气流的阻挡作用，并且使喷管内壁圆滑过渡，没有迎着被引射气流的台阶，大大减小对于被引射气流的阻挡作用，被引射气流压力损失小，且噪音大大减小；在设计、制造方面，本发明的喷管整体性好，结构简单，加工难度小，易于安装调试。

2、本发明的引射单元能够使引射气流由喷管的小径端喷入套筒中，被引射气流由喷管中或喷管与套筒之间被引射，引射气流接触面积大、混合效率高、气流压力损失小。

3、本发明的空气引射器采用多个引射单元沿轴向串连形成混合室，增压比高，每个引射单元的引射气流有喷管小径端的环形端面喷出，被引射气流从喷管中间和周围通过，引射气流和被引射气流接触面积大，采用多个引射单元使引射气流沿轴向多级分批喷入混合室，混合效率高，其结构简单，加工难度小，易于安装调试，有效解决了现有技术中的引射器由于结构上的不足所带来的问题。

本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1A示出了现有技术的中心引射器的混合室入口截面图的示意图。

图1B示出了现有技术的环形引射器的混合室入口截面图的示意图。

图1C示出了现有技术的多喷管引射器的混合室入口截面图的示意图。

图2示出了根据本发明的一个实施例的空气引射器的示意性结构图。

图3A示出了根据本发明的一个实施例的引射单元的截面图图。

图3B示出了根据本发明的一个实施例的引射单元的截面图。

附图标记说明

1、进气管；2、气源接头；3、喷管；4、套筒；5、扩压管；6、法兰；7、引射管；8、引射喷管；9、环形喷管；10、小喷管；11、腰型管；12、直管；13、扩散管；14、连接板；15、进气口；16、进气通道；17、环形气流驻室；18、扩展段；19、喉段；20、通气孔。

具体实施方式

下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。

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”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

本发明公开了一种用于引射器的喷管，喷管呈喇叭状，包括大径端和小径端；

在喷管的管壁中，沿喷管的周向设有环形气流驻室，环形气流驻室的朝向小径端的一侧设有开口，开口延伸至小径端的端面上；

在喷管的大径端，沿喷管的周向设有多个进气口，每个进气口通过一个设置于喷管管壁中的进气通道连接于环形气流驻室。

具体地，本发明的喷管呈喇叭状，其大径端为被引射气流的入口端，小径端为被引射气流的出口端，引射气流由进气口经进气通道达到环形气流驻室，并由环形气流驻室的开口喷出与被引射气流混合，以达到引射的效果；引射气流经环形气流驻室后由喷管小径端端面上的开口喷出，形成环状的自由射流，其掺混面积大，摩擦损失小，引射效率高；且进气通道设置于喷管的管壁内，与喷管的弧度相适应，为圆滑过渡，没有迎着引射气流的台阶，大大减小对于引射气流的阻挡作用，并且使喷管内壁圆滑过渡，没有迎着被引射气流的台阶，大大减小对于被引射气流的阻挡作用，被引射气流压力损失小，且噪音大大减小；在设计、制造方面，本发明的喷管整体性好，结构简单，加工难度小，易于安装调试。

作为可选方案，开口呈环状，与环形气流驻室相对应，开口的轴向截面包括依次连接的喉段和扩展段，喉段连接于环形气流驻室，扩展段呈尖劈状，其尖端连接于喉段。

具体地，设置喉段并且将扩展段设置为尖劈状，能够防止气流分散，避免造成压力损失。

进一步地，进气通道的横截面积为喉段横截面积的3倍以上，以降低沿程的压力损失，满足引射流量，确保引射器能够在较小的压力损失下启动。

作为可选方案，喷管的管壁上设有通气孔，通气孔的轴线与喷管的轴线平行，通气孔的位置避开进气口、进气通道、环形气流驻室及开口。

具体地，设置通气孔，被引射气体能够由喷管中及通气孔流过，即被引射气流分布于引射气流的内外两侧，混合效率高，引射效果好。

进一步地，通气孔数量和直径按照引射面积设置，要确保被引射气流进入套筒内的环形空间。通气孔的数量大于或者等于4。

作为可选方案，在喷管的大径端，沿喷管的周向一体成型有连接板，进气口设置于连接板的径向外侧。

具体地，设置连接板，连接板的两侧分别用于连接套筒，便于密封连接。

本发明还公开了一种引射单元，包括套筒及上述的用于引射器的喷管，套筒的一端由喷管的小径端套设于喷管并与喷管的大径端密封连接，喷管的小径端的端面位于套筒内。

具体地，本发明的引射单元能够使引射气流由喷管的小径端喷入套筒中，被引射气流由喷管中或喷管与套筒之间被引射，引射气流接触面积大、混合效率高、气流压力损失小。

作为可选方案，喷管的小径端的两侧的面积分配比例为F，F＝1:1。

具体地，使引射气体两侧的被引射气流的过流面积相等，提高混合效率。

本发明还公开了一种空气引射器，包括依次连接的进气管、至少一个上述的引射单元、扩压管；

多个引射单元同轴串连构成混合室，每个引射单元的喷管的小径端均朝向扩压管，位于上游的引射单元的套筒连接于其下游引射单元的喷管的大径端。

具体地，本发明的空气引射器采用多个引射单元沿轴向串连形成混合室，增压比高，每个引射单元的引射气流有喷管小径端的环形端面喷出，被引射气流从喷管中间和周围通过，引射气流和被引射气流接触面积大，采用多个引射单元使引射气流沿轴向多级分批喷入混合室，混合效率高，其结构简单，加工难度小，易于安装调试，有效解决了现有技术中的引射器由于结构上的不足所带来的问题。

作为可选方案，扩压管包括依次连接的腰型管、直管及扩散管，腰型管连接于混合室末端的引射单元的套筒上，扩散管呈喇叭状，包括大口径端和小口径端，小口径端与直管连接。

具体地，本方案的扩压管能够把混合室排出的气流进一步减速增压，以排到大气或者接到消声装置上。

作为可选方案，腰型管的收缩角度为5°～10°，扩张角度为4°～7°，直管的长度与半径的比值为5～10。

具体地，腰型管的角度设置能够有效避免气流在壁面发生分离的现象。

作为可选方案，引射单元至少为三个，每个引射单元上设有至少两个进气口，至少两个进气口沿喷管的周向均匀分布。

实施例1

本实施例提供一种用于引射器的喷管，如图2、3A和图3B中所示，喷管3呈喇叭状，包括大径端和小径端，在喷管3的大径端，沿喷管3的周向一体成型有连接板14；

在喷管3的管壁中，沿喷管3的周向设有环形气流驻室17，环形气流驻室17的朝向小径端的一侧设有环形的开口，与环形气流驻室17相对应，开口的轴向截面包括依次连接的喉段19和扩展段18，喉段19连接于环形气流驻室17，扩展段18呈尖劈状，其尖端连接于喉19段，另一端延伸至小径端的端面上；

在连接板14的径向外侧，沿周向设有四个进气口15，每个进气口15通过一个设置于喷管3管壁中的进气通道16连接于环形气流驻室17；

喷管3的管壁上设有八个通气孔20，每个通气孔20的轴线均与喷管3的轴线平行，相邻两个进气通道16之间设置两个通气孔20。

本实施例的喷管的大径端为被引射气流的入口端，小径端为被引射气流的出口端，引射气流由进气口经进气通道到达环形气流驻室，在环形气流驻室中汇聚，并经喉段后扩展段喷出，与被引射气流混合，以达到引射的效果；引射气流经环形气流驻室后由喷管小径端端面上的开口喷出，形成环状的自由射流，其掺混面积大，摩擦损失小，引射效率高；

本实施例中的进气通道设置于喷管的管壁内，与喷管的弧度相适应，为圆滑过渡，没有迎着引射气流的台阶，大大减小对于引射气流的阻挡作用，并且使喷管内壁圆滑过渡，没有凸起的管道阻挡，大大减小对于被引射气流的阻挡作用，被引射气流压力损失小，且噪音大大减小；

在设计、制造方面，本实施例的喷管整体性好，结构简单，加工难度小，且易于安装。

实施例2

本实施例提供一种引射单元，如图3A和图3B所示，包括套筒4及实施例1中的用于引射器的喷管3，套筒4的一端由喷管3的小径端套设于喷管3并与喷管3的大径端的连接板14通过法兰和密封垫圈连接，喷管3的小径端的端面位于套筒4内，且喷管3的小径端的两侧的面积分配比例为F，F＝1:1。

本实施例的引射单元能够使引射气流由喷管的小径端喷入套筒中，被引射气流由喷管中及通气孔中流过，并被引射气流引射，引射气流接触面积大、混合效率高、气流压力损失小。

实施例3

本实施例公开了一种空气引射器，如图2所示，包括依次连接的进气管1、混合室、扩压管5，其中，混合室包括五个实施例2中的引射单元，五个引射单元同轴串连，每个引射单元的喷管3的小径端均朝向扩压管5，位于上游的引射单元的套筒4通过法兰6及密封圈连接于其下游引射单元的喷管3的大径端的连接板14上；

进气管1前端用于连接超声速扩压管，此处超声速气流已经被减速、增压到亚声速状态，进气管接受亚声速气流，即为被引射气流；进气管的后端通过法兰及密封圈连接于前端的引射单元的连接板上；

每个引射单元的喷管上的进气口15上设有一个气源接头2，用于连接引射气体；

扩压管5包括依次连接的腰型管11、直管12及扩散管13，腰型管11通过法兰6及密封圈连接于混合室末端的引射单元的套筒4上，扩散管13呈圆台状，包括大口径端和小口径端，小口径端与直管12连接，腰型管11的收缩角度为7°，扩张角度为7°，直管12的直径与长度的比值为5。

本实施例的气体引射器的具体参数为：进气管1直径250mm，套筒4的直径286mm，扩压管5的入口为直径286mm，其取值相等是为了风洞可变真空度的需要而定的，喷管3中的引射气流出口速度Ma＝3，引射单元的缝隙30mm，横截面积比为0.35，整个引射器长度1.5m。

本实施例的空气引射器采用五个引射单元沿轴向串连形成混合室，增压比高，采用多个引射单元使引射气流沿轴向多级分批喷入混合室，混合效率高，每个引射单元的引射气流有喷管小径端的环形端面喷出，被引射气流从喷管中间和周围的通气孔通过，引射气流和被引射气流接触面积大；其结构简单，加工难度小，易于安装调试，有效解决了现有技术中的引射器由于结构上的不足所带来的问题。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (8)

1.一种引射单元，其特征在于，包括套筒及用于引射器的喷管，所述喷管呈喇叭状，包括大径端和小径端；

在所述喷管的管壁中，沿所述喷管的周向设有环形气流驻室，所述环形气流驻室的朝向所述小径端的一侧设有开口，所述开口延伸至所述小径端的端面上；

在所述喷管的大径端，沿所述喷管的周向设有多个进气口，每个所述进气口通过一个设置于所述喷管管壁中的进气通道连接于所述环形气流驻室；

所述套筒套设所述喷管的小径端，所述套筒的一端与所述喷管的大径端密封连接，所述喷管的小径端的端面位于所述套筒内，所述喷管的小径端与所述套筒的内壁之间存在间隙；

所述开口呈环状，与所述环形气流驻室相对应，所述开口的轴向截面包括依次连接的喉段和扩展段，所述喉段连接于所述环形气流驻室，所述扩展段呈尖劈状，其尖端连接于所述喉段。

2.根据权利要求1所述的引射单元，其特征在于，所述喷管的管壁上设有通气孔，所述通气孔的轴线与所述喷管的轴线平行，所述通气孔的位置避开所述进气口、所述进气通道、所述环形气流驻室及所述开口。

3.根据权利要求1所述的引射单元，其特征在于，在所述喷管的大径端，沿所述喷管的周向一体成型有连接板，所述进气口设置于所述连接板的径向外侧。

4.根据权利要求1所述的引射单元，其特征在于，所述喷管的小径端的两侧的面积分配比例为F，F=1:1。

5.一种空气引射器，其特征在于，包括依次连接的进气管、多个根据权利要求1-4任一项所述的引射单元、扩压管；

所述多个引射单元同轴串连构成混合室，每个所述引射单元的喷管的小径端均朝向所述扩压管，位于上游的所述引射单元的套筒连接于其下游引射单元的喷管的大径端。

6.根据权利要求5所述的空气引射器，其特征在于，所述扩压管包括依次连接的腰型管、直管及扩散管，所述腰型管连接于所述混合室末端的引射单元的套筒上，所述扩散管呈喇叭状，包括大口径端和小口径端，所述小口径端与所述直管连接。

7.根据权利要求6所述的空气引射器，其特征在于，所述腰型管的收缩角度为5°~10°，扩张角度为4°~7°，所述直管的长度与半径的比值为5～10。

8.根据权利要求5所述的空气引射器，其特征在于，所述引射单元至少为三个，每个引射单元上设有至少两个进气口，所述至少两个进气口沿所述喷管的周向均匀分布。

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