CN114216685A - 模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，包括：主燃烧室，具有燃烧室入口；外环组件和内环组件，内环组件套设在外环组件内，且外环组件和内环组件同轴间隔设置，外环组件和内环组件之间形成模拟通道；压气机出口速度场模拟板，设置有多个进气模拟孔，压气机出口速度场模拟板设置在模拟通道内，且压气机出口速度场模拟板与燃烧室入口之间的距离可调。本发明的有益效果是，本发明可以装配在燃烧室部件试验件上，在燃烧室进口处模拟发动机条件下的压气机出口气流径向速度场，提高部件试验条件与发动机条件的相似性。

Description

模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，具体涉及一种模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件。

背景技术

燃烧室部件试验是验证燃烧室性能的常用方式，与发动机或核心机试验相比，燃烧室部件试验不需要装配风扇、压气机或高低压涡轮等除燃烧室以外的发动机部件，试验成本低、开展周期短，且试验风险小，可以布置大量的测点录取燃烧室性能，传统的燃烧室部件试验方法是通过管道，将气源供应的空气经过加温加压后供入燃烧室内，燃烧室扩压器进口处空气沿径向速度场较为均匀，但与发动机上燃烧室进口气流的实际状态并不一致。在发动机状态下，当空气经过压气机压缩后速度高达120m/s～160m/s，受压气机叶片造型和流道壁摩擦阻力作用，压气机气流在到达燃烧室进口处沿径向会产生分布规律为中间高、上下低的抛物线造型速度场，中间与上下的气流存在约5％的速度差，这种抛物线形的速度场会通过扩压器继续向燃烧室内传递，影响燃烧室内部各通道的气体流速，进而对燃烧室出口温度场等性能造成影响，因此在燃烧室部件试验件上准确地模拟这种抛物线形速度场对获取燃烧室真实性能十分重要，但在部件试验条件下，缺少压气机各级叶片的作用，仅通过环形通道作用时燃烧室进口处气流径向分布形态为两端低速、中间区域速度均匀分布的梯形速度场，与发动机上压气机出口的抛物线形分布规律差异较大，在考虑试验经济性的条件下，设计一种低成本、可模拟压气机出口径向抛物线形速度场的试验件是十分必要的。

发明内容

本发明提供了一种模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，以达到模拟压气机出口气流的径向速度场形态的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，包括：主燃烧室，具有燃烧室入口；外环组件和内环组件，内环组件套设在外环组件内，且外环组件和内环组件同轴间隔设置，外环组件和内环组件之间形成模拟通道；压气机出口速度场模拟板，设置有多个进气模拟孔，压气机出口速度场模拟板设置在模拟通道内，且压气机出口速度场模拟板与燃烧室入口之间的距离可调。

进一步地，外环组件包括间隔设置且连接的外进气环和外环流道，外进气环与外环流道之间具有第一安装间隔；内环组件包括间隔设置且连接的内进气环和内环流道，内进气环与内环流道之间具有第二安装间隔，且第一安装间隔和第二安装间隔位置对应；压气机出口速度场模拟板设置在第一安装间隔和第二安装间隔处。

进一步地，模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件还包括垫片组件，能拆卸地设置在第一安装间隔和第二安装间隔处，并且垫片组件位于压气机出口速度场模拟板与燃烧室入口之间。

进一步地，垫片组件的厚度为T，其中，。

进一步地，垫片组件包括多个结构相同且厚度相同的垫片。

进一步地，垫片为一体成型的环形结构或者垫片为多个扇形组件拼接而成的环形结构。

进一步地，进气模拟孔的形状为圆形、椭圆形或者多边形中的一种或者几种组合。

进一步地，模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件还包括前机匣，同轴套设在外环组件外并与主燃烧室固定连接。

本发明的有益效果是，本发明可以装配在燃烧室部件试验件上，在燃烧室进口处模拟发动机条件下的压气机出口气流径向速度场，提高部件试验条件与发动机条件的相似性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例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本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例一种可模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件结构示意图；

图2为本发明实施例前机匣剖面示意图；

图3为本发明实施例外进气环剖面示意图；

图4为本发明实施例内进气环剖面示意图；

图5为本发明实施例压气机出口速度场模拟板剖面示意图；

图6为本发明实施例压气机出口速度场模拟板结构示意图；

图7为本发明实施例外环调节垫片剖面示意图；

图8为本发明实施例内环调节垫片剖面示意图；

图9为本发明实施例外环流道剖面示意图；

图10为本发明实施例内环流道剖面示意图。

图中附图标记：1、前机匣；2、外进气环；3、内进气环；4、压气机出口速度场模拟板；5、外环调节垫片；6、内环调节垫片；7、外环流道；8、内环流道；9、主燃烧室；10、螺栓结构；11、小端法兰；12、小端筒体；13、大端筒体；14、大端法兰；21、锥角；22、第二圆柱筒体；23、第一法兰边；24、第一圆孔；31、翻边；32、锥形壁面；33、第一圆柱筒体；34、第二法兰边； 35、第二圆孔；41、第三圆孔；42、第一圆角矩形通槽；43、第二圆角矩形通槽；44、第三圆角矩形通槽；45、第四圆角矩形通槽；46、第四圆孔；51、第五圆孔；61、第六圆孔；71、第一前端法兰；72、第七圆孔；73、第一中间圆筒；74、第一后端法兰；75、第八圆孔；81、第二前端法兰；82、第九圆孔； 83、第二中间圆筒；84、第二后端法兰；85、第十圆孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至图10所示，本发明实施例提供了一种模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，包括前机匣1、外进气环2、内进气环3、压气机出口速度场模拟板4、外环调节垫片5、内环调节垫片6、外环流道7、内环流道8。前机匣1的筒体为前小后大的阶梯环形结构，小端法兰11与设备管道连接，前方燃烧室试验器管道内的空气通过小端筒体12，进入外进气环2、内进气环3组成的进气通道；前机匣1后端的大端筒体13内部空间用于容纳外进气环2、压气机出口速度场模拟板4、外环调节垫片5和外环流道7；大端法兰14用于连接主燃烧室9。

如图3所示，外进气环2前端的圆柱筒体22伸入前机匣1的小端筒体12 内，圆柱筒体22内部开有引导气流的锥角21；外进气环2的后端为第一法兰边23，第一法兰边23开有48个Ф8.5mm第一圆孔24，借助螺栓结构10连接外进气环2和压气机出口速度场模拟板4。

如图4所示，内进气环3的锥形壁面32、第一圆柱筒体33与外进气环2 的第二圆柱筒体22共同形成了流通面积由大变小的进气通道，内进气环3前端的翻边31用于引导气流平顺进入进气通道；内进气环3的后端为第二法兰边34，第二法兰边34开有48个Ф8.5mm第二圆孔35，借助螺栓结构10连接内进气环3和压气机出口速度场模拟板4。

本实施例中外进气环2与外环流道7之间具有第一安装间隔；内进气环3 与内环流道8之间具有第二安装间隔，且第一安装间隔和第二安装间隔位置对应；压气机出口速度场模拟板4设置在第一安装间隔和第二安装间隔处。

如图5所示，压气机出口速度场模拟板4为一个圆环形平板，平板上沿径向排布了四圈进气槽(进气模拟孔)，分别为88个长度为19.5mm，宽度为6mm 的第一圆角矩形通槽42；136个长度为12mm、宽度为4.6mm的第二圆角矩形通槽43；168个长度为9.1mm、宽度为3.5mm的第三圆角矩形通槽44；88 个长度为14.2mm、宽度为6.3mm的第四圆角矩形通槽45；上述通槽结构用于在气流流过时产生流阻损失来控制气流的速度分布，控制四圈圆角矩形通槽的数量、位置、长度和宽度可以获得不同的径向速度分布形态。

模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件还包括垫片组件，能拆卸地设置在所述第一安装间隔和所述第二安装间隔处，并且垫片组件位于压气机出口速度场模拟板4与所述燃烧室入口之间。垫片组件的厚度为T，其中，。上述垫片组件包括多个结构相同且厚度相同的垫片，也可以采用第一安装间隔安装外环调节垫片5，第二安装间隔设置内环调节垫片6的结构形式。

如图6所示，压气机出口速度场模拟板4的外圈有48个Ф8.5mm第三圆孔41，用于连接外进气环2和外环调节垫片5；压气机出口速度场模拟板4 的内圈有40个Ф8.5mm第四圆孔46，用于连接内进气环3和内环调节垫片6。

如图7所示，外环调节垫片5为一个圆环形平板，平板上沿周向排布了 48个Ф8.5mm第五圆孔51，用于连接压气机出口速度场模拟板4和外环流道 7；通过增加外环调节垫片5的安装数量，可以调整压气机出口速度场模拟板 4的轴向位置。

如图8所示，内环调节垫片6为一个圆环形平板，平板上沿周向排布了 48个Ф8.5mm第六圆孔61，用于连接压气机出口速度场模拟板4和内环流道 8；通过增加内环调节垫片6的安装数量，可以调整压气机出口速度场模拟板 4的轴向位置。

如图9所示，外环流道7为一个环形机匣，第一前端法兰71上沿周向排布了48个Ф8.5mm第七圆孔72，用于连接外进气环2、压气机出口速度场模拟板4、外环调节垫片5和外环流道7；经过压气机出口速度场模拟板4的气流在第一中间圆筒73与内环流道8的第二中间圆筒83形成的气流通道内混合，形成可用的稳定气流；第一后端法兰74通过48个Ф8.5mm第八圆孔75与燃烧室扩压器上的法兰连接，用于固定外进气环2、压气机出口速度场模拟板4、外环调节垫片5和外环流道7。

在本实施例中外进气环2的内径、外环调节垫片5的内径、和外环流道7 的内径均为Ф604mm，用于引导气流平顺过渡。

通过调整外环调节垫片5和内环调节垫片6的装配数量，能够调节压气机出口速度场模拟板4至主燃烧室9进口的距离，可以控制气流径向速度差在 3％至7％之间进行可控调节。

需要说明的是，外环调节垫片5和内环调节垫片6为一体成型的环形结构或者垫片为多个扇形组件拼接而成的环形结构。

如图10所示，内环流道8为一个环形机匣，第二前端法兰81上沿周向排布了48个Ф8.5mm第九圆孔82，用于连接内进气环3、压气机出口速度场模拟板4、内环调节垫片6和内环流道8；第二后端法兰84通过48个Ф8.5mm 第十圆孔85与主燃烧室9连接，用于固定内进气环3、压气机出口速度场模拟板4、内环调节垫片6和内环流道8。

优选地，内进气环3的平直段内径、内环调节垫片6的外径、和内环流道 8的外径均为Ф542mm，用于引导气流平顺过渡。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

1、可以装配在燃烧室部件试验件上，在燃烧室进口处模拟发动机条件下的压气机出口气流径向速度场，提高部件试验条件与发动机条件的相似性；

2、通过调整外环调节垫片、内环调节垫片的装配数量和厚度，可以实现压气机出口速度场模拟板的前、后位置调整，可模拟不同速度差的速度场条件；

3、压气机出口速度场模拟板加工简单，在燃烧室部件试验件上的试验成本及加工成本低于发动机上的压气机。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。

Claims (8)

1.一种模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，其特征在于，包括：

主燃烧室(9)，具有燃烧室入口；

外环组件和内环组件，所述内环组件套设在所述外环组件内，且所述外环组件和所述内环组件同轴间隔设置，所述外环组件和所述内环组件之间形成模拟通道；

压气机出口速度场模拟板(4)，设置有多个进气模拟孔，压气机出口速度场模拟板(4)设置在所述模拟通道内，且压气机出口速度场模拟板(4)与燃烧室入口之间的距离可调。

2.根据权利要求1所述的模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，其特征在于，

所述外环组件包括间隔设置且连接的外进气环(2)和外环流道(7)，外进气环(2)与外环流道(7)之间具有第一安装间隔；

所述内环组件包括间隔设置且连接的内进气环(3)和内环流道(8)，内进气环(3)与内环流道(8)之间具有第二安装间隔，且所述第一安装间隔和所述第二安装间隔位置对应；

压气机出口速度场模拟板(4)设置在所述第一安装间隔和所述第二安装间隔处。

3.根据权利要求2所述的模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，其特征在于，所述模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件还包括垫片组件，能拆卸地设置在所述第一安装间隔和所述第二安装间隔处，并且垫片组件位于压气机出口速度场模拟板(4)与所述燃烧室入口之间。

4.根据权利要求3所述的模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，其特征在于，垫片组件的厚度为T，其中，。

5.根据权利要求4所述的模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，其特征在于，垫片组件包括多个结构相同且厚度相同的垫片。

6.根据权利要求5所述的模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，其特征在于，所述垫片为一体成型的环形结构或者所述垫片为多个扇形组件拼接而成的环形结构。

7.根据权利要求1所述的模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，其特征在于，所述进气模拟孔的形状为圆形、椭圆形或者多边形中的一种或者几种组合。

8.根据权利要求1所述的模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件，其特征在于，所述模拟压气机出口径向速度场的主燃烧室部件试验件还包括前机匣(1)，同轴套设在外环组件外并与主燃烧室(9)固定连接。

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