CN113295374A - 一种进气道反压装置以及在进气道中形成反压分布的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种进气道反压装置。所述反压装置位于所述进气道的隔离段与下游出口之间，所述反压装置包括：高压进气孔、至少两个集气腔、射流孔、电子控制减压阀、高压气源腔、计算机控制系统、同步器、电磁减压阀控制信号线以及集气腔压力反馈信号线。其中：所述高压气源腔经由所述高压进气孔向所述集气腔提供高压气源，并且由位于所述高压气源腔上的所述电子控制减压阀来控制所述高压气源的射流；所述集气腔的内壁设置有所述射流孔，通过所述射流孔喷射所述高压气源；所述集气腔内部为连通结构，所述连通结构内各处气压相等。

Description

一种进气道反压装置以及在进气道中形成反压分布的方法

技术领域

本发明涉及飞行器进气道领域，尤其是涉及一种进气道反压装置以及在进气道中形成反压分布的方法。

背景技术

吸气式高超声速飞行器是未来飞行器的发展方向，其动力装置超燃冲压发动机由进气道、隔离段、燃烧室和尾喷管等构成。目前对于高超声速飞行器的研究，主要方法有数值仿真与风洞实验。在进行进气道的相关风洞实验中，有一个重要的特征是，需要模拟燃烧室燃料燃烧时产生的高压环境，即进气道出口段的反压。

目前，在实验中，对反压的模拟主要采用的是物理堵塞的方式，即在进气道出口处设置一堵塞锥，通过物理堵塞气流的方式，产生与燃烧室一定的反压等效的效果。

然而，机械式堵塞的方法，产生的反压空间分布较为均匀，且在同一次试验中不易改变，对燃烧反压的模拟不够真实有效。

另一种方案是在进气道出口处喷横向的高压气，以此产生等效的反压效果；这种方法采用的较少，但是其对燃烧室反压的模拟效果较物理堵塞的方式更好。

现有的横向射流模拟反压的方法，仅限于喷注气流，模拟的反压空间分布不具有可变性，与实际的燃烧室反压空间分布不稳定性的特点不吻合，并且模拟的反压情况局限性较大，无法实现反压在出口处的空间分布可变性的特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种进气道反压装置以及一种在进气道中形成反压分布的方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明第一方面提供了一种进气道反压装置。所述反压装置位于所述进气道的隔离段与下游出口之间，所述反压装置包括：高压进气孔、至少两个集气腔、射流孔、电子控制减压阀、高压气源腔、计算机控制系统、同步器、电磁减压阀控制信号线以及集气腔压力反馈信号线。其中：所述高压气源腔经由所述高压进气孔向所述集气腔提供高压气源，并且由位于所述高压气源腔上的所述电子控制减压阀来控制所述高压气源的射流；所述集气腔的内壁设置有所述射流孔，通过所述射流孔喷射所述高压气源；所述集气腔内部为连通结构，所述连通结构内各处气压相等。

根据本发明第一方面提供的装置，利用所述高压气源的射流增强所述进气道中的质量流量，以获取所述反压装置的反压效果。

根据本发明第一方面提供的装置，获取所述反压装置的反压效果具体包括，通过调节各个所述集气腔的射流孔的射流时序和射流力量，以在所述进气道中形成非对称的反压分布。

根据本发明第一方面提供的装置，调节所述集气腔的射流孔的射流时序具体为，由所述计算机控制系统控制所述同步器，经由所述电磁减压阀控制信号线，向所述电子控制减压阀发送脉冲时序信号，以控制所述高压气源的射流时序。

根据本发明第一方面提供的装置，调节所述集气腔的射流孔的射流流量具体为，由所述集气腔的总压调节所述射流孔的射流流量：

其中，K为常数，p₀和T₀分别为所述集气腔内的总压和总温，当射流的喷射速度为声速时，q(λ)＝1，σ为所述射流孔的面积。

根据本发明第一方面提供的装置，所述反压装置的构型为方形或圆形。

本发明第二方面提供了一种在进气道中形成反压分布的方法。所述方法利用进气道反压装置来实现，所述反压装置位于所述进气道的隔离段与下游出口之间，所述反压装置包括：高压进气孔、至少两个集气腔、射流孔、电子控制减压阀、高压气源腔、计算机控制系统、同步器、电磁减压阀控制信号线以及集气腔压力反馈信号线。其中：所述高压气源腔经由所述高压进气孔向所述集气腔提供高压气源，并且由位于所述高压气源腔上的所述电子控制减压阀来控制所述高压气源的射流；所述集气腔的内壁设置有所述射流孔，通过所述射流孔喷射所述高压气源；所述集气腔内部为连通结构，所述连通结构内各处气压相等。所述方法具体包括：利用所述高压气源的射流增强所述进气道中的质量流量，以获取所述反压装置的反压效果。

根据本发明第二方面提供的方法，获取所述反压装置的反压效果具体包括，通过调节各个所述集气腔的射流孔的射流时序和射流力量，以在所述进气道中形成非对称的反压分布。

根据本发明第二方面提供的方法，调节所述集气腔的射流孔的射流时序具体为，由所述计算机控制系统控制所述同步器，经由所述电磁减压阀控制信号线，向所述电子控制减压阀发送脉冲时序信号，以控制所述高压气源的射流时序。

根据本发明第二方面提供的方法，调节所述集气腔的射流孔的射流流量具体为，由所述集气腔的总压调节所述射流孔的射流流量：

其中，K为常数，p₀和T₀分别为所述集气腔内的总压和总温，当射流的喷射速度为声速时，q(λ)＝1，σ为所述射流孔的面积。

根据本发明第二方面提供的方法，所述反压装置的构型为方形或圆形。

综上，本公开第一方面和第二方面提供的方案对燃烧室反压的模拟更加真实有效；通过增加可控制的减压阀，能够在时间上控制反压大小；同时对多个集气腔进行独立调控，能够在实验段的空间分布上对反压的不均匀性进行控制和模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本发明实施例的反压装置在进气道中的位置的示意图；

图2为根据本发明实施例的一种进气道反压装置(方形)的结构示意图；

图3为根据本发明实施例的一种进气道反压装置(圆形)的结构示意图；

图4为根据本发明实施例的圆形喷管实验段的平面示意图；

图5为根据本发明实施例的方形喷管实验段的平面示意图；

图6为根据本发明实施例的方形实验段反压模拟(射流孔为一侧)效果示意图；

图7为根据本发明实施例的方形实验段反压模拟(射流孔为相邻两侧)

效果示意图；以及

图8为根据本发明实施例的方形实验段反压模拟(射流孔为相对两侧)效果示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明第一方面提供了一种进气道反压装置。图1为根据本发明实施例的反压装置在进气道中的位置的示意图，如图1所示，所述进气道包括入口10-1、压缩段10-2、隔离段10-3、模拟反压段10-4、出口10-5以及射流孔3，其中反压装置位于所述进气道的隔离段10-3与出口10-5之间，处于进气道隔离段10-3的下游。

图2为根据本发明实施例的一种进气道反压装置(方形)的结构示意图，如图2所示，所述反压装置包括：高压进气孔1、至少两个集气腔2、射流孔3、电子控制减压阀4、高压气源腔5、电磁减压阀控制信号线6、集气腔压力反馈信号线7、计算机控制系统8以及同步器9。

在一些实施例中，所述反压装置的构型为方形或圆形，图3为根据本发明实施例的一种进气道反压装置(圆形)的结构示意图。

在一些实施例中，至少两个集气腔可以为四个集气腔，分布在方形反压装置或者圆形反压装置的四个方向上。

在一些实施例中，所述高压气源腔5经由所述高压进气孔1向所述集气腔2提供高压气源，并且由位于所述高压气源腔5上的所述电子控制减压阀4来控制所述高压气源的射流；

在一些实施例中，所述集气腔2的内壁设置有所述射流孔3，通过所述射流孔3喷射所述高压气源；

在一些实施例中，所述集气腔2内部为连通结构，所述连通结构内各处气压相等。

在一些实施例中，利用所述高压气源的射流增强所述进气道中的质量流量，以获取所述反压装置的反压效果。其中，获取所述反压装置的反压效果具体包括，通过调节各个所述集气腔2的射流孔3的射流时序和射流力量，以在所述进气道中形成非对称的反压分布。具体包括：

(1)调节所述集气腔2的射流孔3的射流时序具体为，由所述计算机控制系统8控制所述同步器9，经由所述电磁减压阀控制信号线6，向所述电子控制减压阀4发送脉冲时序信号，以控制所述高压气源的射流时序。

(2)调节所述集气腔2的射流孔3的射流流量具体为，由所述集气腔2的总压调节所述射流孔3的射流流量：

其中，K为常数，p₀和T₀分别为所述集气腔2内的总压和总温，当射流的喷射速度为声速时，q(λ)＝1，σ为所述射流孔3的面积。

在一些实施例中，集气腔2内的压力大小在压力阀门的控制下设定好。由计算机控制同步器9，能够精确地向四个电子控制减压阀4发送脉冲时序信号，控制阀门的开闭，从而控制射流的时序。每个集气腔2内为连通器，其压力可认为相等。集气腔2通过在实验段内壁布置的喷流孔3向实验段喷射气流，由于射流增加了进气道中的质量流量，因此能够产生模拟燃烧室的反压效果。四个集气腔2的总压能够决定不同腔壁射流孔3的射流流量，脉冲时序信号控制射流的时间，二者组合能够形成射流流量在实验区域空间分布的不均匀以及其随时间的变化。

在一些实施例中，设四个集气腔2的射流强度(与射流孔的流量相关)随时间的变化为Q_i(t_i)，设每一模块对空间中任一点的影响为与距离的平方成反比，比例系数为k。

圆形喷管实验段的平面示意图如图4所示，任一点射流强度可以用下式表示(极坐标系)：

方形喷管实验段的平面示意图如图5所示，任一点射流强度可以用下式表示(平面直角坐标系)：

在一些实施例中，以方形实验段反压模拟为例，射流静压为来流静压的50倍。

如图6所示，反压模拟段开启的集气腔为下方集气腔，射流孔3为五个，从图中能够看出，在射流孔3上游，来流压力分布均匀，当经过射流孔3后，流场截面的压力分布不再均匀，且射流孔3附近出现高压，形成了反压模拟压力空间分布不均匀的目标。如图7所示，开启的集气腔为相邻的两个集气腔，空间压力分布与图6中不同，实现了空间压力分布的可调节性。如图8所示，开启的集气腔为相对的两个集气腔，空间压力分布与图6、图7中均不同，验证了空间压力分布的可调节性。

本发明第二方面提供了一种在进气道中形成反压分布的方法。所述方法利用进气道反压装置来实现，所述反压装置位于所述进气道的隔离段与下游出口之间，所述反压装置(如图2或图3所示)包括：高压进气孔1、至少两个集气腔2、射流孔3、电子控制减压阀4、高压气源腔5、计算机控制系统8、同步器3、电磁减压阀控制信号线6以及集气腔压力反馈信号线7。其中：所述高压气源腔5经由所述高压进气孔1向所述集气腔2提供高压气源，并且由位于所述高压气源腔5上的所述电子控制减压阀4来控制所述高压气源的射流；所述集气腔2的内壁设置有所述射流孔3，通过所述射流孔3喷射所述高压气源；所述集气腔2内部为连通结构，所述连通结构内各处气压相等。所述方法具体包括：利用所述高压气源的射流增强所述进气道中的质量流量，以获取所述反压装置的反压效果。

根据本发明第二方面提供的方法，获取所述反压装置的反压效果具体包括，通过调节各个所述集气腔2的射流孔3的射流时序和射流力量，以在所述进气道中形成非对称的反压分布。

根据本发明第二方面提供的方法，调节所述集气腔2的射流孔3的射流时序具体为，由所述计算机控制系统8控制所述同步器9，经由所述电磁减压阀控制信号线6，向所述电子控制减压阀4发送脉冲时序信号，以控制所述高压气源的射流时序。

根据本发明第二方面提供的方法，调节所述集气腔2的射流孔3的射流流量具体为，由所述集气腔2的总压调节所述射流孔3的射流流量：

其中，K为常数，p₀和T₀分别为所述集气腔2内的总压和总温，当射流的喷射速度为声速时，q(λ)＝1，σ为所述射流孔3的面积。

根据本发明第二方面提供的方法，所述反压装置的构型为方形或圆形。

综上，本公开第一方面和第二方面提供的方案对燃烧室反压的模拟更加真实有效；通过增加可控制的减压阀，能够在时间上控制反压大小；同时对多个集气腔进行独立调控，能够在实验段的空间分布上对反压的不均匀性进行控制和模拟。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种进气道反压装置，其特征在于，所述反压装置位于所述进气道的隔离段与下游出口之间，所述反压装置包括：高压进气孔、至少两个集气腔、射流孔、电子控制减压阀、高压气源腔、计算机控制系统、同步器、电磁减压阀控制信号线以及集气腔压力反馈信号线；

其中：

所述高压气源腔经由所述高压进气孔向所述集气腔提供高压气源，并且由位于所述高压气源腔上的所述电子控制减压阀来控制所述高压气源的射流；

所述集气腔的内壁设置有所述射流孔，通过所述射流孔喷射所述高压气源；

所述集气腔内部为连通结构，所述连通结构内各处气压相等。

2.根据权利要求1所述的一种进气道反压装置，其特征在于，利用所述高压气源的射流增强所述进气道中的质量流量，以获取所述反压装置的反压效果。

3.根据权利要求2所述的一种进气道反压装置，其特征在于，获取所述反压装置的反压效果具体包括，通过调节各个所述集气腔的射流孔的射流时序和射流力量，以在所述进气道中形成非对称的反压分布。

4.根据权利要求3所述的一种进气道反压装置，其特征在于，调节所述集气腔的射流孔的射流时序具体为，由所述计算机控制系统控制所述同步器，经由所述电磁减压阀控制信号线，向所述电子控制减压阀发送脉冲时序信号，以控制所述高压气源的射流时序。

5.根据权利要求4所述的一种进气道反压装置，其特征在于，调节所述集气腔的射流孔的射流流量具体为，由所述集气腔的总压调节所述射流孔的射流流量：

其中，K为常数，p₀和T₀分别为所述集气腔内的总压和总温，当射流的喷射速度为声速时，q(λ)＝1，σ为所述射流孔的面积。

6.根据权利要求1所述的一种进气道反压装置，其特征在于，所述反压装置的构型为方形或圆形。

7.一种在进气道中形成反压分布的方法，其特征在于，所述方法利用进气道反压装置来实现，所述反压装置位于所述进气道的隔离段与下游出口之间，所述反压装置包括：高压进气孔、至少两个集气腔、射流孔、电子控制减压阀、高压气源腔、计算机控制系统、同步器、电磁减压阀控制信号线以及集气腔压力反馈信号线；

其中：

所述高压气源腔经由所述高压进气孔向所述集气腔提供高压气源，并且由位于所述高压气源腔上的所述电子控制减压阀来控制所述高压气源的射流；

所述集气腔的内壁设置有所述射流孔，通过所述射流孔喷射所述高压气源；

所述集气腔内部为连通结构，所述连通结构内各处气压相等；

所述方法具体包括：

利用所述高压气源的射流增强所述进气道中的质量流量，以获取所述反压装置的反压效果。

8.根据权利要求7所述的一种在进气道中形成反压分布的方法，其特征在于，获取所述反压装置的反压效果具体包括，通过调节各个所述集气腔的射流孔的射流时序和射流力量，以在所述进气道中形成非对称的反压分布。

9.根据权利要求8所述的一种在进气道中形成反压分布的方法，其特征在于：

调节所述集气腔的射流孔的射流时序具体为，由所述计算机控制系统控制所述同步器，经由所述电磁减压阀控制信号线，向所述电子控制减压阀发送脉冲时序信号，以控制所述高压气源的射流时序；

调节所述集气腔的射流孔的射流流量具体为，由所述集气腔的总压调节所述射流孔的射流流量：

其中，K为常数，p₀和T₀分别为所述集气腔内的总压和总温，当射流的喷射速度为声速时，q(λ)＝1，σ为所述射流孔的面积。

10.根据权利要求7所述的一种在进气道中形成反压分布的方法，其特征在于，所述反压装置的构型为方形或圆形。

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