CN115014778A - 一种大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，以解决现有技术中大流量高压挤压系统设计制作难度大、成本高，大流量空气供应系统存贮难度大、调节精度差，燃烧装置中燃料燃烧不稳定、燃烧效率低的问题。本发明包括壳体组件、第一加热单元、第二加热单元、第一级液氮集液管和第二级液氮集液管；壳体组件包括第一主壳体和第二主壳体；第一主壳体安装在第二主壳体上且连通，第一加热单元主要包括点火器和燃料入口，安装在第一主壳体上且加热单元腔体与第一级燃烧室连通；第一主壳体与第二主壳体结构类似，第二加热单元与第一加热单元结构相同且安装在第二主壳体上；壳体组件上安装有第一级液氮集液管和第二级液氮集液管并连通。

Description

一种大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置

技术领域

本发明涉及吸气式发动机模拟燃烧装置，具体涉及一种大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置。

背景技术

飞行中的吸气式发动机，从大气中吸取空气作为工质，通过自身携带燃料与吸入的空气进行燃烧从而产生推力。飞行环境参数决定了发动机的进气道入口的气流参数，飞行参数主要由压力、温度和飞行速度决定。对于吸气式发动机试验而言，需要在地面模拟发动机飞行过程中气流状参数，即流量、压力和温度三个参数。一般地面试验需要加热空气达到要模拟的温度，通过加热器燃烧室几何参数、流量、温度模拟所需的压力，然后通过拉瓦尔射流喷管膨胀加速模拟马赫数。

来流加热是整个来流模拟装置中最关键的部分，来流加热技术有蓄热式、电加热式及燃烧加热式，蓄热式来流模拟总温低，工作时间短，而吸气式发动机试验需要模拟长程试验时往往无法进行；电加热式加热装置如果加热流量大，耗费电能往往是惊人的，在试验系统设计时往往因电能不足而无法实现大流量、全速域的温度模拟。燃烧加热因释热迅速，燃气热流密度大，功率高，起动迅速，所以国内主流的吸气式发动机地面试验来流模拟均为燃烧加热。

近年来，吸气式发动机研制从小尺度到中等尺度过渡，目前国内在役的主流高焓风洞不超过Φ4m，其流量不超过1000kg/s，主要集中在马赫数Ma5～7，采用燃料、氧化剂燃烧加热空气，为发动机提供所需高焓来流。氧化剂、燃料供应方式均为挤压式供应，同时系统配置均为最高设计压力为35MPa的高压系统。

随着中、大尺度冲压发动机研制的开展，发动机模型的截面面积越来越大，其当量直径甚至超过了Φ1m，对应的喷管出口直径需求已经超过Φ3m，部分发动机大攻角试验所需的风洞喷管接近甚至超过Φ4m，同时由于模拟总流量、总温、总压均大幅度提高(见表1)，给供应系统设计带来了极大的挑战，系统设备设计压力甚至超过了35MPa，系统在运行过程中存在较大水击压力，可能会超过50MPa，供应系统负担重、系统所需设备甚至无法设计，国内尚未有报道超过42MPa的高焓风洞燃烧加热器供应系统。

表1风洞自由流参数

马赫数/Ma	高度/km	喷管尺寸/m	总流量/kg/s	总温/K	总压/MPa
						3	18	Φ4	1344	604	0.28
8	26	Φ4	746	2690	24
						3	18	Φ5	2100	604	0.28
8	26	Φ5	1166	2690	24

加热器空气流量压力随着马赫数的变化急剧变化，甚至从不足1000kg/s到超过2000kg/s，采用高压气瓶+调压阀的模式已经无法满足供应的需求，即燃烧室压力为24MPa、高压气瓶为35MPa(目前设备常用最高设计压力)，调压阀无法达到音速状态从而导致调节精度与范围变差，由于高压气瓶可用的范围很小，空气流量的大范围变化，将导致高压气瓶数量也是惊人的，其建设的经济性可能是无法承受。

目前加热器采用燃料与氧化剂燃烧加热空气，实现高焓来流的模拟，其加热器为单台燃烧装置，而大尺度的加热器喷注器的直径也将超过Φ1m，如果采用单台装置研制，必然面临燃烧不稳定性的世界性难题，给燃烧装置喷注器设计带来巨大的技术障碍。

因此传统的高焓风洞来流模拟的试验模式无法满足大尺度高焓风洞试验。

发明内容

本发明提供了一种大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，以解决现有技术中存在的大流量高压挤压系统设计制作难度大、成本高，大流量空气供应系统存贮难度大、调节精度差，燃烧装置中燃料燃烧不稳定、燃烧效率低的问题，该装置采用了泵压式供应系统具有生产成本低、易于加工以及可实现性强的优点，采用了燃料、氧化剂及液氮新的配比方式具有存储简单、精准调节的优点，采用了组合式模块化多级燃烧装置具有燃料燃烧稳定、燃烧效率高的优点。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，其特殊之处在于：

包括壳体组件以及与壳体组件相连的第一加热单元、第二加热单元、第一级液氮集液管和第二级液氮集液管；

所述壳体组件包括同轴设置的第一主壳体和第二主壳体；

所述第一主壳体内侧设置为空腔形成的第一级燃烧室，第一主壳体的壳体内部设置有第一壳体夹层，所述第一壳体夹层与第一级燃烧室通过设置在第一级燃烧室内壁上的多个第一液氮喷孔连通；所述第一主壳体的左端与第一加热单元连接；

所述第二主壳体内侧设置为空腔形成的第二级燃烧室，所述第二级燃烧室左侧与第一级燃烧室相连通；所述第二主壳体的壳体内部设置有第二壳体夹层，所述第二壳体夹层与第二级燃烧室通过设置在第二级燃烧室内壁上的多个第二液氮喷孔连通；

所述第一加热单元包括加热单元主壳体、设置在加热单元主壳体内的加热单元夹层、安装在加热单元主壳体左端的多个氧化剂入口与点火器、安装在加热单元主壳体外侧的多个燃料入口、加热单元主壳体内侧为空腔形成的加热单元腔体以及连通加热单元夹层与加热单元腔体的多个燃料喷孔；

所述第一加热单元腔体与第一级燃烧室、燃料入口以及氧化剂入口均连通；

所述第二加热单元与第一加热单元结构相同，且第二加热单元与第二级燃烧室连通；

所述第一级液氮集液管与第一主壳体连接且与第一壳体夹层连通；所述第二级液氮集液管与第二主壳体连接且与第二壳体夹层连通。

进一步地，所述第一加热单元的右端设有第三法兰，第一加热单元通过第三法兰固定在第一主壳体的左侧壳体上；

所述点火器安装在第一加热单元左侧的中心位置，所述氧化剂入口环绕点火器均匀分布，所述燃料入口环绕加热单元主壳体均匀分布；

所述第二加热单元与第一加热单元结构相同；

所述多个第一液氮喷孔和多个第二液氮喷孔分别在第一级燃烧室和第二级燃烧室内壁上沿轴向分布的多个圆周上均布。

进一步地，所述第一主壳体与第二主壳体连接端的直径小于第二主壳体的直径；

所述第二加热单元在第二主壳体左侧环绕第一主壳体分布，安装数量为1～14台；

所述第一加热单元的数量为1～7台；所述氧化剂入口的数量不少于2个；所述燃料入口数量不少于2个。

进一步地，所述第二加热单元在第二主壳体上的安装数量为12台且环绕第一主壳体均匀分布，在使用第二加热单元加热过程中，根据需要控制所有第二加热单元上的点火器间隔点火或者全部点火，使得对第二级燃烧室加热过程稳定、受热均匀；

所述第一加热单元在第一主壳体上的安装数量为7台，其中1台安装在第一主壳体左侧壳体的中心处，其余6台围绕中心处的第一加热单元均匀分布；这种安装方式使得第一加热单元对第一级燃烧室加热稳定充分，受热均匀；所述氧化剂入口和燃料入口的数量均为2个。

进一步地，所述第一级液氮集液管由圆环形的第一管体、与第一管体相连通的多个第一液氮入口、连接第一管体与第一主壳体的多个第一导流管组成；所述第一管体通过第一导流管与第一壳体夹层连通；

所述第二级液氮集液管由圆环形的第二管体、与第二管体相连通的多个第二液氮入口、连接第二管体与第二主壳体的多个第二导流管组成；所述第二管体通过第二导流管与第二壳体夹层连通。

进一步地，所述第一液氮入口均匀分布于第一管体外侧，数量不少于2个；所述第一导流管环绕第一主壳体外侧呈环面均匀分布，其两端分别安装在第一管体和第一主壳体上，且数量不低于3根；

所述第二液氮入口均匀分布于第二管体外侧，数量不少于2个；所述第二导流管环绕第二主壳体外侧呈环面均匀分布，其两端分别安装在第二管体和第二主壳体上，且数量不低于5根；

所述第一导流管的孔径尺寸小于第一管体的孔径尺寸；所述第二导流管孔径尺寸小于第二管体的孔径尺寸。

进一步地，所述第一液氮入口和第二液氮入口数量均为2个，所述第一导流管数量为6根；所述第二导流管数量为12根。

同时，本发明还提供一种大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤1、第二加热单元与第一加热单元同时通入燃料和氧化剂；通入燃料的同时从第一液氮入口与第二液氮入口通入液氮；

步骤2、燃料通过第一加热单元的燃料入口通入，通过冷却身部后再次进入到头部燃料喷孔，氧化剂从第一加热单元头部的两个燃料入口通入，通过点火器中心点火的方式引燃所有第一加热单元，同时引燃所有第二加热单元或者间隔引燃第二加热单元，形成高温燃气；与第一液氮入口的液氮经由第一管体、第一导流管进入第一壳体夹层中，对第一主壳体进行冷却，并通过第一壳体夹层流至各个第一液氮喷孔；

同时第二加热单元同样产生高温燃气，与第二液氮入口的液氮经由第二管体、第二导流管进入第二壳体夹层中，对第二主壳体进行冷却，并通过第二壳体夹层流至各个第二液氮喷孔；

步骤3、液氮通过第一液氮喷孔喷入第一级燃烧室，在第一级燃烧室内壁形成径向喷注环面，高温燃气流碰撞后在壁面形成液膜保护第一级燃烧室；

液氮通过第二液氮喷孔喷入第二级燃烧室，在第二级燃烧室内壁形成径向喷注环面，与第一级燃烧室出口的高温燃气相互剪切摩擦，充分掺混，防止回流烧蚀，完成大尺度高焓风洞来流模拟燃烧；

步骤4、燃烧完成后，先断开燃料和氧化剂，再断开氮气。

进一步地，所述第一主壳体和第二主壳体均为柱状或者锥状，右端分别设置有第一出口法兰和第二出口法兰；

所述第一主壳体通过右端的第一出口法兰共轴安装在第二主壳体左侧的壳体上。

进一步地，在实际使用过程中，所述第二主壳体根据需要还可以安装在第三主壳体上，第三主壳体内侧设置为空腔形成的第三级燃烧室，第三级燃烧室左侧与第二级燃烧室相连通；第三主壳体的壳体内部设置有第三壳体夹层，第三壳体夹层与第三级燃烧室通过设置在第三级燃烧室内壁上的多个第三液氮喷孔连通；第三主壳体外侧安装有第三级液氮集液管；第三级液氮集液管由圆环形的第三管体、与第三管体相连通的2个第三液氮入口、连接第三管体与第三主壳体的不少于10个的第三导流管组成；所述第三管体通过第三导流管与第三壳体夹层连通；

第二主壳体同轴安装在第三主壳体上，第二级燃烧室与第三级燃烧室连通，第三加热单元结构与第一加热单元结构相同，第三加热单元环绕第二主壳体均匀分布在第三主壳体壳体左侧；第三加热单元数量为1～20台。

在工作状态下第一级燃烧室的流量范围为50～700kg/s，第二级燃烧室的流量范围为50～1400kg/s，总流量范围为50～2100kg/s。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明通过采用泵压式的供应系统，解决了大流量高压挤压系统设计压力无法再提高的问题，在工作状态下第一级燃烧室的流量范围为50～700kg/s，第二级燃烧室的流量范围为50～1400kg/s，总流量范围为50～2100kg/s，如果要考虑低于4马赫数条件下的来流时，流量可达到3000kg/s；

2.本发明通过采用一种新的配比方式即燃料、氧化剂及液氮，舍弃了直接采用空气的方案；采用燃料与氧化剂燃烧，通过加入液氮，实现氧含量最终在燃气组分中的占比与大气中的氧含量基本一致，即调整氧化剂与燃料的混合比，使氧化剂富裕即富氧燃烧，通过精确的计算，可通过富氧与液氮(最终蒸发为氮气)模拟空气的组分(只模拟空气中氧、氮)。该方案在供应系统设计时仅考虑液氮的存贮与供应，而不是考虑空气的生产、存贮与供应，从而降低了空气生产、存贮与高压系统制作成本；

3.本发明采用多级组合模块化的燃烧装置总体采用两级或多级加热，每一级采用多个基础模块加热单元(第一加热单元及第二加热单元)，整体燃烧效率高，可灵活控制每个基础模块加热单元的点火与否来控制整个燃烧室的工作情况，每个基础模块加热单元燃烧效率高、雾化效果好，带来整体喷注雾化、掺混效果好，燃烧效率高；

4.本发明采用液氮利用液相分区进行燃烧组织，即有利于该燃烧装置的高热流热防护，又对燃烧组织非常有利，采用该装置的燃料燃烧效率高。

附图说明

图1为本发明实施例的半剖面图；

图2为本发明实施例的主视图；

图3为本发明实施例的左视图；

图4为本发明实施例中第一加热单元的结构示意图；

图5为本发明实施例中提供的泵压式供应系统；

附图标记如下：

1-壳体组件，101-第一主壳体，1011-第一壳体夹层，1012-第一级燃烧室，1013-第一液氮喷孔，1014-第一法兰，102-第二主壳体，1021-第二壳体夹层，1022-第二液氮喷孔，1023-第二级燃烧室，1024-第二法兰，2-第一加热单元，201-加热单元主壳体，202-燃料入口，203-氧化剂入口，204-加热单元夹层，205-燃料喷孔，206-点火器，207-第三法兰，208-加热单元腔体，3-第二加热单元，4-第一级液氮集液管，401-第一液氮入口，402-第一管体，403-第一导流管，5-第二级液氮集液管，501-第二液氮入口，502-第二管体，503-第二导流管。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，，本实施例中的“左”、“右”均以图1的视角进行描述。

本发明提供一种大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，如图1、图2和图3所示，包括壳体组件1以及与壳体组件1相连的第一加热单元2、第二加热单元3、第一级液氮集液管4和第二级液氮集液管5。

壳体组件1包括柱状的第一主壳体101和第二主壳体102，第一主壳体101内侧设置为空腔形成的第一级燃烧室1012，第一主壳体101的壳体内部设置有第一壳体夹层1011，第一壳体夹层1011与第一级燃烧室1012通过设置在第一级燃烧室1012内壁上呈环状分布的第一液氮喷孔1013连通；第一主壳体101的左端通过第三法兰207与第一加热单元2连接，右端通过第一法兰1014安装在第二主壳体102左侧壳体的中心位置。

第二主壳体102内侧设置为空腔形成的第二级燃烧室1023，第二级燃烧室1023左侧与第一级燃烧室1012相连通，第二主壳体102的壳体内部设置有第二壳体夹层1021，第二壳体夹层1021与第二级燃烧室1023通过设置在第一级燃烧室1012内壁上呈环状分布的第二液氮喷孔1022连通。

如图4所示，第一加热单元2呈柱状，包括加热单元主壳体201、设置在加热单元主壳体201内的加热单元夹层204、设置在加热单元主壳体201右端的第三法兰207、安装在加热单元主壳体201左端的2个氧化剂入口203与点火器206、安装在加热单元主壳体201外侧对称分布的燃料入口202、加热单元主壳体201内侧为空腔形成的加热单元腔体208以及连通加热单元夹层204与加热单元腔体208的燃料喷孔205，燃料喷孔205设置在加热单元腔体208内壁左侧且均匀分布在内壁上，第一加热单元腔体208与第一级燃烧室1012、燃料入口202以及氧化剂入口203均连通，第一加热单元2数量为7台，其中1台安装在第一主壳体101左侧壳体的中心处，其余6台围绕中心处的第一加热单元2均匀分布。

第二加热单元3的结构与第一加热单元2的结构相同并且与第二级燃烧室1023连通，其在第二主壳体102上的安装数量为12台且环绕第一主壳体101均匀分布。

第一级液氮集液管4由圆环形的第一管体402、安装在第一管体402外侧相对位置并且与之相连通的2个第一液氮入口401、安装在第一管体402内侧与第一主壳体101连接的6根均匀分布的第一导流管403组成，第一管体402通过第一导流管403与第一壳体夹层1011连通。

第二级液氮集液管5由圆环形第二管体502、安装在第二管体502外侧相对位置并且与之相连通的2个第二液氮入口501、安装第二管体502内侧与第二主壳体102连接的12根均匀分布的第二导流管503组成，第二管体502通过第二导流管503与第二壳体夹层1021连通。

本发明采用新的配比方式即燃料、氧化剂及液氮，舍弃了直接采用空气的方案，采用燃料与氧化剂燃烧，通过加入液氮，实现氧含量最终在燃气组分中的占比与大气中的氧含量基本一致，即调整氧化剂与燃料的混合比，使氧化剂富裕即富氧燃烧，其中液氮的供应采用泵压式供应，泵前可采用低压系统，泵后采用高压系统，如图5所示。

在工作时根据需要选择单独使用第一级燃烧室1012或者串联使用第一级燃烧室1012与第二级燃烧室1023，当单独使用第一级燃烧室1012时，燃料通过第一加热单元2的燃料入口202通入，通过冷却身部后再次进入到头部燃料喷孔205，氧化剂从第一加热单元2头部的两个燃料入口202通入，通过点火器206中心点火的方式引燃第一加热单元2，形成高温燃气；与通入燃料的同时从第一液氮入口401通入液氮，液氮经由第一管体402、第一导流管403进入第一壳体夹层1011中，通过第一壳体夹层1011流至各个第一液氮喷孔1013，并从环面分布的第一液氮喷孔1013喷入第一级燃烧室1012中与第一加热单元2喷出的高温燃气相互剪切摩擦，充分掺混，防止回流烧蚀，同时对第一主壳体101进行冷却。

当采用串联使用第一级燃烧室1012与第二级燃烧室1023，当单独使用第一级燃烧室1012时，根据需要选择全部点火第二加热单元3或者间隔点火第二加热单元3，第二加热单元3与第一加热单元2同时通入燃料和氧化剂，燃料通过第一加热单元2的燃料入口202通入，通过冷却身部后再次进入到头部燃料喷孔205，氧化剂从第一加热单元2头部的两个燃料入口202通入，通过点火器206中心点火的方式引燃第一加热单元2，形成高温燃气，第一加热单元2与第二加热单元3工作方式一样，此时第一加热单元2和第二加热单元3都产生高温燃气，与通入燃料的同时从第一液氮入口401与第二液氮入口501通入液氮，第一液氮入口401的液氮经由第一管体402、第一导流管403进入第一壳体夹层1011中，通过第一壳体夹层1011流至各个第一液氮喷孔1013，并从环面分布的第一液氮喷孔1013喷入第一级燃烧室1012中，第二液氮入口501的液氮经由第二管体502、第二导流管503进入第二壳体夹层1021中，通过第二壳体夹层1021流至各个第二液氮喷孔1022，并从环面分布的第二液氮喷孔1022喷入第二级燃烧室1023中，液氮通过第一液氮喷孔1013喷入前对第一主壳体101进行冷却，在其内壁形成径向喷注与高温燃气流碰撞后在壁面形成液膜保护第一级燃烧室1012；通过第二液氮喷孔1022喷入的液氮形成环面与第一级燃烧室1012出口的高温燃气相互剪切摩擦，充分掺混，防止回流烧蚀，同时在喷注前对第二主壳体102进行冷却，液氮在第一级燃烧室1012和第二级燃烧室1023中在径向形成了两个喷注环面分部，有利于液氮在高温燃气中的气化、掺混等，也有利用燃烧稳定性，同时液氮兼顾了燃烧室身部、头部的冷却，减少了系统因设置冷却剂而带来的供应系统复杂。

本发明装置的第一级燃烧室的流量范围为50～700kg/s，第二级燃烧室1023的流量范围为50～1400kg/s，总流量范围为50～2100kg/s。如果要考虑低于4马赫数条件下的来流时，必须增加掺混器，通过掺混冷空气降低来流温度，因此对于低于Ma4的条件下的试验，流量可达到3000kg/s。

Claims (10)

1.一种大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，其特征在于：

包括壳体组件(1)以及与壳体组件(1)相连的第一加热单元(2)、第二加热单元(3)、第一级液氮集液管(4)和第二级液氮集液管(5)；

所述壳体组件(1)包括同轴设置的第一主壳体(101)和第二主壳体(102)；

所述第一主壳体(101)内侧设置为空腔形成的第一级燃烧室(1012)，第一主壳体(101)的壳体内部设置有第一壳体夹层(1011)，所述第一壳体夹层(1011)与第一级燃烧室(1012)通过设置在第一级燃烧室(1012)内壁上的多个第一液氮喷孔(1013)连通；所述第一主壳体(101)的左端与第一加热单元(2)连接；

所述第二主壳体(102)内侧设置为空腔形成的第二级燃烧室(1023)，所述第二级燃烧室(1023)左侧与第一级燃烧室(1012)相连通；所述第二主壳体(102)的壳体内部设置有第二壳体夹层(1021)，所述第二壳体夹层(1021)与第二级燃烧室(1023)通过设置在第一级燃烧室(1012)内壁上的第二液氮喷孔(1022)连通；

所述第一加热单元(2)包括加热单元主壳体(201)、设置在加热单元主壳体(201)内的加热单元夹层(204)、安装在加热单元主壳体(201)左端的多个氧化剂入口(203)与点火器(206)、安装在加热单元主壳体(201)外侧的多个燃料入口(202)、加热单元主壳体(201)内侧为空腔形成的加热单元腔体(208)以及连通加热单元夹层(204)与加热单元腔体(208)的多个燃料喷孔(205)；

所述第一加热单元腔体(208)与第一级燃烧室(1012)、燃料入口(202)以及氧化剂入口(203)连通；

所述第二加热单元(3)与第一加热单元(2)结构相同，且第二加热单元(3)与第二级燃烧室(1023)连通；

所述第一级液氮集液管(4)与第一主壳体(101)连接且与第一壳体夹层(1011)连通；所述第二级液氮集液管(5)与第二主壳体(102)连接且与第二壳体夹层(1021)连通。

2.根据权利要求1所述的大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，其特征在于：

所述第一加热单元(2)的右端设有第三法兰(207)，第一加热单元(2)通过第三法兰(207)安装在第一主壳体(101)的左侧壳体上；

所述点火器(206)安装在第一加热单元(2)左侧的中心位置，所述氧化剂入口(203)环绕点火器(206)均匀分布，所述燃料入口(202)环绕加热单元主壳体(201)均匀分布；

多个第一液氮喷孔(1013)和多个第二液氮喷孔(1022)分别在第一级燃烧室(1012)和第二级燃烧室(1023)内壁上沿轴向分布的多个圆周上均布。

3.根据权利要求2所述的大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，其特征在于：

所述第一主壳体(101)与第二主壳体(102)连接端的直径小于第二主壳体(102)的直径；

所述第二加热单元(3)在第二主壳体(102)左侧环绕第一主壳体(101)分布，安装数量为1～14台；

所述第一加热单元(2)的数量为1～7台；所述氧化剂入口(203)的数量不少于2个；所述燃料入口(202)数量不少于2个。

4.根据权利要求3所述的大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，其特征在于：

所述第一级液氮集液管(4)由圆环形的第一管体(402)、与第一管体(402)相连通的多个第一液氮入口(401)、连接第一管体(402)与第一主壳体(101)的多个第一导流管(403)组成；所述第一管体(402)通过第一导流管(403)与第一壳体夹层(1011)连通；

所述第二级液氮集液管(5)由圆环形的第二管体(502)、与第二管体(502)相连通的多个第二液氮入口(501)、连接第二管体(502)与第二主壳体(102)的多个第二导流管(503)组成；所述第二管体(502)通过第二导流管(503)与第二壳体夹层(1021)连通。

5.根据权利要求4所述的大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，其特征在于：

多个所述第一液氮入口(401)沿圆周均匀分布于第一管体(402)外侧，数量不少于2个；多个所述第一导流管(403)环绕第一主壳体(101)外侧沿圆周均匀分布，其两端分别安装在第一管体(402)和第一主壳体(101)上，且数量不低于3根；

多个所述第二液氮入口(501)均匀分布于第二管体(502)外侧，数量不少于2个；多个所述第二导流管(503)环绕第二主壳体(102)外侧呈环面均匀分布，其两端分别安装在第二管体(502)和第二主壳体(102)上，且数量不低于5根。

6.根据权利要求3所述的大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，其特征在于：

所述第二加热单元(3)在第二主壳体(102)上的安装数量为12台且环绕第一主壳体(101)均匀分布；

所述第一加热单元(2)在第一主壳体(101)上的安装数量为7台，其中1台安装在第一主壳体(101)左侧壳体的中心处，其余6台围绕中心处的第一加热单元(2)均匀分布；所述氧化剂入口(203)和燃料入口(202)的数量均为2个。

7.根据权利要求5所述的大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，其特征在于：

所述第一液氮入口(401)和第二液氮入口(501)数量均为2个；所述第一导流管(403)数量为6根；所述第二导流管(503)数量为12根。

8.根据权利要求5和6所述的大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置，其特征在于：

所述第一主壳体(101)和第二主壳体(102)均为柱状或者锥状，右端分别设置有第一出口法兰(1014)和第二出口法兰(1024)；

所述第一主壳体(101)通过右端的第一出口法兰(1014)共轴安装在第二主壳体(102)左端的壳体上。

9.一种权利要求8所述的大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、第二加热单元(3)与第一加热单元(2)同时通入燃料和氧化剂；通入燃料的同时从第一液氮入口(401)与第二液氮入口(501)通入液氮；

步骤2、燃料通过第一加热单元(2)的燃料入口(202)通入，通过冷却身部后再次进入到头部燃料喷孔(205)，氧化剂从第一加热单元(2)头部的两个燃料入口(202)通入，通过点火器(206)中心点火的方式引燃所有第一加热单元(2)和所有第二加热单元(3)，形成高温燃气；与第一液氮入口(401)的液氮经由第一管体(402)、第一导流管(403)进入第一壳体夹层(1011)中，对第一主壳体(101)进行冷却，并通过第一壳体夹层(1011)流至各个第一液氮喷孔(1013)；

同时第二加热单元(3)同样产生高温燃气，与第二液氮入口(501)的液氮经由第二管体(502)、第二导流管(503)进入第二壳体夹层(1021)中，对第二主壳体(102)进行冷却，并通过第二壳体夹层(1021)流至各个第二液氮喷孔(1022)；

步骤3、液氮通过第一液氮喷孔(1013)喷入第一级燃烧室(1012)，在第一级燃烧室(1012)内壁形成径向喷注环面，高温燃气流碰撞后在壁面形成液膜保护第一级燃烧室(1012)；

液氮通过第二液氮喷孔(1022)喷入第二级燃烧室(1023)，在第二级燃烧室(1023)内壁形成径向喷注环面，与第一级燃烧室(1012)出口的高温燃气相互剪切摩擦，充分掺混，防止回流烧蚀，完成大尺度高焓风洞来流模拟燃烧；

步骤4、燃烧完成后，先断开燃料和氧化剂，再断开氮气。

10.根据权利要求9所述的大尺度高焓风洞来流模拟燃烧装置的使用方法，其特征在于：

步骤2中，所述第二加热单元(3)点火方式为通过点火器(206)全部点火或者间隔点火。

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