CN117109930B - 一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台，包括从左至右依次可拆卸连接的空氧混合段、喷注器、燃烧室、喷管、扩张段、掺混段、稳定段、分流段和溢流段，空氧混合段上设置有空气入口和氧气入口，喷注器上设置有氢气入口及泄爆口，泄爆口设置有防爆膜片，燃烧室内设置有点火装置，掺混段设置有掺混空气入口，掺混段和稳定段之间设置有均流板，溢流段上设置有一个主路空气出口和三个旁路空气出口，三个旁路空气出口沿主路空气出口周向均匀布置，主路空气出口和旁路空气出口均连接有可调文氏管。本发明通过多路可调文氏管设计，大大提高的试验效率；通过防超温和防超压安全性设计，提高了平台运行的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及发动机地面直连式试验技术领域，具体涉及一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台。
背景技术
直连式试验平台是一种用于高超声速飞行器及发动机性能考核的地面试验系统，发动机模型与试验系统出口直接相连。其中，气源供应系统用以对燃烧加热器进行氢气、氧气和空气的气源保障；燃烧加热器以氢气、氧气和空气作为燃烧介质，通过一定的喷注方式共同进入燃烧室中，进行点火燃烧，燃烧产生的高温气流经过燃烧室出口喷管，产生所需的高温、高速试验来流条件。
直连式试验台通常用于开展吸气式冲压发动机、航空发动机及组合发动机燃烧室的性能验证、长时间热考核等试验研究。随着发动机燃烧室试验研究需求的提高，宽参数的试验模拟范围、参数可调等需求提上日程。而采用燃烧加热模式的直连式试验台由于其高温试验气流由氢气/氧气/空气燃烧产生，故有受燃烧影响的不足之处。其一，受到燃烧稳定性等因素的限制，通常出口试验气流的总温一般在1100K以上。其二，受点火性能影响，其点火压力和点火当量比不能太低。若试验要求气流总温太低，则需要采用高温点火后掺混冷空气的模式，降低试验气流的温度。
中国专利《一种直连式试验台空气供应调节系统》（申请号：202120330303.5）中提出了一种试验空气流量调节系统。该专利中，为满足不同试验工况需求，采用双孔板结构对试验段高温空气流量进行调节，采用水冷文氏管测量结合冷态流量标定对试验段高温空气流量进行精确测量的基于直连式试验台掺混-溢流结构的空气供应调节系统。
本发明立足于组合发动机地面高温直连式试验需求，在上述专利的基础上，设计了一种新型的适用于低总温条件下（900K）多路控制且可在单次试验过程中实现参数动态调节的试验系统，兼顾了系统的超温和超压安全性设计，该系统可以开展组合发动机宽范围、实时变参数要求的地面高温试验。根据公开资料分析，国内外还没类似的专利方案。
发明内容
本发明意在提供一种采用燃烧加热的多路参数调节直连式试验平台，可在单次试验过程中实现参数动态调节并兼顾超温和超压安全性设计，该直连式试验平台可以开展组合发动机宽范围、实时变参数要求的地面高温试验。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台，包括从左至右依次可拆卸连接的空氧混合段、喷注器、燃烧室、喷管、扩张段、掺混段、稳定段、分流段和溢流段，所述空氧混合段上设置有空气入口和氧气入口，所述喷注器上设置有氢气入口及泄爆口，所述泄爆口设置有防爆膜片，所述燃烧室内设置有点火装置，所述掺混段设置有掺混空气入口，所述掺混段和所述稳定段之间设置有均流板，所述溢流段上设置有一个主路空气出口和三个旁路空气出口，三个所述旁路空气出口沿所述主路空气出口周向均匀布置，所述主路空气出口和旁路空气出口均连接有可调文氏管。
进一步的，沿所述掺混段周向位置均匀布置有四个内壁面温度传感器和四个外壁面温度传感器，所述内壁面温度传感器和所述外壁面温度传感器均位于所述掺混空气入口右侧。
进一步的，所述内壁面温度传感器包括安装在所述掺混段外壁面的支座，所述支座的中心安装有热电偶，所述热电偶的下端穿入所述掺混段内部，所述支座的上端开有锥形槽，所述锥形槽安装有锥形抱箍，所述支座的上端螺纹连接有螺帽，所述螺帽位于所述锥形抱箍上侧，所述热电偶的上端穿出所述螺帽。
进一步的，所述支座与所述掺混段外壁连接处涂抹有密封材料；所述螺帽内顶壁和所述锥形抱箍上端之间填充有密封材料。
进一步的，所述外壁面温度传感器为点焊于所述掺混段外壁面的K型热电偶丝。
本发明的有益效果是：
（1）本发明通过四路可调文氏管独立控制，有效的保证了流量变化控制的实时性和独立性，同时在更换不同试验参数的试验中无需进行文氏管的更换。文氏管的流量系数受加工精度以及使用过程中上游压力影响，主路和掺混路空气流量确定的条件下，若主路和掺混路上游空气压力为同等压力，则决定了两路的文氏管的直径必须同步调节，实际使用过程中，流量系数不一致则会出现流量调节不准确的情况，难以保证各路参数的精确控制。而使用多路调节文氏管，则可通过对不同压力下，文氏管调节喉道的流量标定，列出每一个文氏管在不同压力和喉道尺寸条件下的流量数据列表。在每一次试验中，通过差值方法给出各个试验时间点对应的可调文氏管的喉道大小，进行线性的调节。另外，考虑到可调文氏管的成本问题，若采用水冷结构实现，则相对加工成本较高，本发明针对气流温度900K以下的试验条件，在该条件下，可调文氏管结构均可不采用水冷结构，结构简单，加工成本较低，可有效提高试验效率以及参数的精确控制精度。
（2）本发明在掺混段将常温空气与上游稳定段注入的高温空气进行混合，壁面喷射进入的常温空气起到了隔离高温空气和掺混器内壁的作用，保证了掺混器内壁面不会被超过设计温度（通常认为在1100K以上）高温空气烧蚀。同时，在掺混段布置有四个内壁面温度传感器和四个外壁面温度传感器，实时监控掺混器下游内壁面处的气流温度，如果出现超温则立即停止试验，重新调整参数，确保气膜冷却手段有效。
（3）由于试验平台下游采用可调文氏管调节流量，存在调节过程中阀门调节面积过小的可能性，使得系统出现憋压现象，从而导致燃烧加热器压力过高，一方面影响试验平台设备安全，另一方面，过高的压力传导到下游发动机燃烧室等试验件，可能造成试验件超出设计承压能力，而出现试验件泄露、破损等问题。因此，在掺混段上游设计有泄压装置，当掺混段上游压力超出安全值后，泄压装置自动打开，将多余的气流泄出，同时触发试验台紧急关车时序。通过该设置，能保证试验过程中试验平台各部件均处于安全的承压范围内，提高平台运行的安全性。
附图说明
图1为本发明一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台的结构示意图；
图2为本发明的内壁面温度传感器结构示意图；
图3为图1中A处的局部放大视图；
图4为图1中B处的局部放大视图；
图5为图1中C处的局部放大视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：1、空气入口；2、氧气入口；3、空氧混合段；4、泄爆口；5、喷注器；6、点火装置；7、燃烧室；8、喷管；9、扩张段；10、掺混空气入口；11、掺混段；12、均流板；13、稳定段；14、分流段；15、溢流段；16、主路空气出口；17、旁路空气出口；18、可调文氏管；19、支座；20、热电偶；21、抱箍；22、螺帽；23、测点。
如图1、图3、图4和图5所示的，一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台，包括从左至右依次可拆卸连接的空氧混合段3、喷注器5、燃烧室7、喷管8、扩张段9、掺混段11、稳定段13、分流段14和溢流段15，其借助法兰盘实现可拆卸连接，空氧混合段3上设置有空气入口1和氧气入口2，喷注器5上设置有氢气入口及泄爆口4，泄爆口4设置有防爆膜片，当下游压力过高，传递至上游时，则会导致防爆膜片破裂，气流从防爆膜片破裂处流出，从而实现对整个设备的防超压的保护。
燃烧室7内设置有点火装置6，在点火装置6工作正常后，上游供入所需氧气、氢气、空气三种工质，氧气/氢气/空气在燃烧室7内稳定燃烧，出口产生试验所需的高温燃气。掺混段11设置有掺混空气入口10，沿掺混段11周向位置均匀布置有四个内壁面温度传感器和四个外壁面温度传感器，内壁面温度传感器和外壁面温度传感器均位于掺混空气入口10右侧，如图2所示的，内壁面温度传感器包括安装在掺混段11外壁面的支座19，支座19的中心安装有热电偶20，热电偶20的下端穿入掺混段11内部，支座19的上端开有锥形槽，锥形槽安装有锥形抱箍21，支座19的上端螺纹连接有螺帽22，螺帽22位于锥形抱箍21上侧，热电偶20的上端穿出螺帽22。座与掺混段11外壁连接处涂抹有密封材料；螺帽22内顶壁和锥形抱箍21上端之间填充有密封材料。外壁面温度传感器为点焊于掺混段11外壁面的K型热电偶丝。
掺混段11和稳定段13之间设置有均流板12，溢流段15上设置有一个主路空气出口16和三个旁路空气出口17，三个旁路空气出口17沿主路空气出口16周向均匀布置，主路空气出口16和旁路空气出口17均连接有可调文氏管18。
具体工作过程如下：
气源为高压储罐存储的氢气、氧气和空气三种介质，三种介质均为常温。工作时，三种介质通过阀门、减压器管道部件进入加热器，在加热器的燃烧室7中点火燃烧，产生高温空气（通常大于1100K），高温空气进入掺混段11；同时，常温掺混空气经过减压器、阀门等管道部件后进入掺混段11，高温空气与掺混空气在掺混段11内进行混合，混合后的气流温度降低（不高于900K），再经过稳定段13混合均匀后，流入分流段14，在分流段14分成两路，一路为溢流段15，气流通过可调文氏管18直接进入试验对象；另一路通过三路可调文氏管18，气流通过可调文氏管18实时调节进入下游换热器的流量大小。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (5)
1.一种低总温条件下多路参数调节直连式试验平台，其特征在于：包括从左至右依次可拆卸连接的空氧混合段(3)、喷注器(5)、燃烧室(7)、喷管(8)、扩张段(9)、掺混段(11)、稳定段(13)、分流段(14)和溢流段(15)，所述空氧混合段(3)上设置有空气入口(1)和氧气入口(2)，所述喷注器(5)上设置有氢气入口及泄爆口(4)，所述泄爆口(4)设置有防爆膜片，所述燃烧室(7)内设置有点火装置(6)，所述掺混段(11)设置有掺混空气入口(10)，所述掺混段(11)和所述稳定段(13)之间设置有均流板(12)，所述溢流段(15)上设置有一个主路空气出口(16)和三个旁路空气出口(17)，三个所述旁路空气出口(17)沿所述主路空气出口(16)周向均匀布置，所述主路空气出口(16)和旁路空气出口(17)均连接有可调文氏管(18)。
2.根据权利要求1所述低总温条件下多路参数调节直连式试验平台，其特征在于：沿所述掺混段(11)周向位置均匀布置有四个内壁面温度传感器和四个外壁面温度传感器，所述内壁面温度传感器和所述外壁面温度传感器均位于所述掺混空气入口(10)右侧。
3.根据权利要求2所述低总温条件下多路参数调节直连式试验平台，其特征在于：所述内壁面温度传感器包括安装在所述掺混段(11)外壁面的支座(19)，所述支座(19)的中心安装有热电偶(20)，所述热电偶(20)的下端穿入所述掺混段(11)内部，所述支座(19)的上端开有锥形槽，所述锥形槽安装有锥形抱箍(21)，所述支座(19)的上端螺纹连接有螺帽(22)，所述螺帽(22)位于所述锥形抱箍(21)上侧，所述热电偶(20)的上端穿出所述螺帽(22)。
4.根据权利要求3所述低总温条件下多路参数调节直连式试验平台，其特征在于：所述支座(19)与所述掺混段(11)外壁连接处涂抹有密封材料；所述螺帽(22)内顶壁和所述锥形抱箍(21)上端之间填充有密封材料。
5.根据权利要求2所述低总温条件下多路参数调节直连式试验平台，其特征在于：所述外壁面温度传感器为点焊于所述掺混段(11)外壁面的K型热电偶丝。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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