用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開一種用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其包括噴嘴盤、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點火器，噴嘴盤上設置有若干個用于向燃燒室內噴射氫氣和富氧空氣的同軸射流噴嘴，所述燃燒室呈管狀，其兩端分別安裝有噴嘴盤和圓變方收縮管，圓變方收縮管的方口端安裝有噴管，所述燃燒室的靠近噴嘴盤的管壁上設置有點火器接嘴，點火器通過點火器接嘴與燃燒室連通，以向燃燒室噴入引火火焰，所述燃燒室、圓變方收縮管均為雙層管壁結構，二者的兩層管壁間均有冷卻水循環通道，且二者的外層管壁上均設置有進水口和出水口，噴管上也設置有冷卻水循環通道及進水口和出水口。本發明解決了現有的空氣加熱裝置在持續時間等方面不夠理想的問題。
【專利說明】用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置。
【背景技術】
[0002]超燃沖壓發動機是高超聲速吸氣式推進技術的核心，在航空航天與國防領域具有很好的應用前景。目前，超燃沖壓發動機技術正經歷著從實驗室研究走向工程研制與飛行演示階段，這就需要超燃沖壓發動機在地面進行大量長時間的演示實驗。
[0003]目前，超聲速燃燒研究主要采用直聯式超燃模型發動機來進行，通常采用厚壁面金屬材料被動冷卻方式冷卻機構溫度，運行時間較短，一般不超過10秒量級。
[0004]超聲速燃燒實驗臺是進行超聲速燃燒實驗研究的基本工具。實驗臺的能力和水平主要體現在空氣加熱裝置所能提供的總溫、總壓條件、持續時間、流量規模以及操作控制的準確、可靠及自動化程度；此外，要實現燃料與空氣混合時能發生自發點火，則燃燒室氣流馬赫數、靜壓、靜溫以及氣體的總溫和總壓都有一定范圍要求，而現有的空氣加熱裝置在持續時間等方面并不夠理想。
【發明內容】
[0005]針對現有的空氣加熱裝置在持續時間等方面不夠理想的問題，本發明提供一種用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置。
[0006]為了實現上述目的，本發明的技術方案如下:
[0007]—種用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其包括噴嘴盤、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點火器，所述噴嘴盤上設置有若干個用于向燃燒室內噴射氫氣和富氧空氣的同軸射流噴嘴，所述燃燒室呈管狀，其兩端分別安裝有噴嘴盤和圓變方收縮管，所述圓變方收縮管的方口端安裝有噴管，所述燃燒室的靠近噴嘴盤的管壁上設置有點火器接嘴，所述點火器通過點火器接嘴與燃燒室連通，以向燃燒室噴入引火火焰，所述燃燒室、圓變方收縮管均為雙層管壁結構，二者的兩層管壁間均有冷卻水循環通道，且二者的外層管壁上均設置有進水口和出水口，所述噴管上也設置有冷卻水循環通道及進水口和出水口。
[0008]為了保證氫氣與空氣的充分混合與高效燃燒，優選地，所述燃燒室的長度為無燃燒狀態下噴嘴盤上相鄰噴嘴湍流混合長度的I?2倍。
[0009]優選地，所述點火器包括進氣盤、混合燃燒管和出焰段，所述進氣盤和出焰段分別安裝在混合燃燒管的兩端，所述進氣盤上設置有一個火花塞、五個進空氣口和一個進氫氣口，火花塞位于進氣盤的中央，五個進空氣口和一個進氫氣口位于以火花塞為中心的同一個圓上，其中一個進空氣口的尾孔中心線和一個進氫氣口的尾孔中心線均與混合燃燒管的軸線成45°角，且該兩尾孔中心線相交，另外四個進空氣口的尾孔中心線均與混合燃燒管的軸線成21°角，且該四尾孔中心線相交，所述出焰段呈喇叭形，其小端設置有出焰口，且該出焰口與燃燒室上的點火器接嘴連接。
[0010]優選地，所述噴嘴盤、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點火器均由中國牌號為lCrl8Ni9C的不銹鋼材料制成。
[0011]為測定點火器內的溫度和壓力，優選地，所述出焰段上還設置有測溫口和測壓口。
[0012]為測定空氣加熱裝置內的溫度和壓力，優選地，所述圓變方收縮管的過渡段上還設置有測溫接嘴和測壓接嘴。
[0013]為縮短噴管長度，減少氣流熱量損失，優選地，所述噴管超聲速段型線采用Foelsch方法設計。
[0014]本發明的噴嘴盤采用同軸射流噴嘴向燃燒室噴氫氣和富氧空氣，其不僅可以冷卻噴口，同時形成的火焰與壁面有一段距離，能夠有效降低壁面熱流量；燃燒室、圓變方收縮管和噴管的循環水主動冷卻結構的冷卻效果能夠滿足長時間的超聲速燃燒地面試驗；空氣加熱裝置總溫總壓容易調節，流量規模容易擴大，點火啟動可靠，燃燒完全，流場穩定，熱損失少，解決了現有的空氣加熱裝置在持續時間等方面不夠理想的問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置的一實施例的結構示意圖；
[0016]圖2是圖1所示的噴嘴盤的結構示意圖；
[0017]圖3是圖2所示同軸射流噴嘴的結構示意圖；
[0018]圖4是圖1所示的燃燒室的示意圖；
[0019]圖5是圖1所示的圓變方收縮管的示意圖；
[0020]圖6是圖1所示的噴管的示意圖；
[0021]圖7是圖1所示的點火器的示意圖；
[0022]圖中:1、噴嘴盤；11、同軸射流噴嘴；111、噴嘴中心；112、環形通道；2、燃燒室；21、點火器接嘴；3、圓變方收縮管；31、測溫接嘴；32、測壓接嘴；4、噴管；5、點火器；51、進氣盤；510、火花塞；511、進空氣口 ；512、進氫氣口 ；52、混合燃燒管；53、出焰段；530、出焰口 ；531、測溫口 ；532、測壓口。
【具體實施方式】
[0023]下文中將結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。
[0024]如圖1所示，本實施例的用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置包括噴嘴盤1、燃燒室2、圓變方收縮管3、噴管4和點火器5，所述噴嘴盤上設置有若干個用于向燃燒室內噴射氫氣和富氧空氣的同軸射流噴嘴，燃燒室2呈管狀，其兩端分別安裝有噴嘴盤I和圓變方收縮管3，圓變方收縮管3的方口端安裝有噴管4，燃燒室2的靠近噴嘴盤I的管壁上設置有點火器接嘴21，點火器5通過點火器接嘴21與燃燒室2連通，以向燃燒室2噴入引火火焰，燃燒室2和圓變方收縮管3均為雙層管壁結構，二者的兩層管壁間均有冷卻水循環通道，且二者的外層管壁上均設置有進水口和出水口，噴管4上也設置有冷卻水循環通道及進水口和出水口，燃燒室2、圓變方收縮管3和噴管4均采用循環水主動冷卻。
[0025]空氣加熱裝置采用“燒氫補氧”的方式加熱，以使合成氣流中的氧氣的含量和正常空氣相當。點火方式采用小火引大火。根據模擬飛行馬赫數6?7以及冷卻損失的要求，空氣加熱裝置的技術指標設定為:最高總溫T = 2200K，最高總壓P = 5MPa，最大流量2kg/
S。米用CEA (chemical equilibrium with application)軟件計算,可以得到各種設計總溫下氫空氣燃燒氣體的組分及參數，如表1所示。從表中可知，對于T = 2200K，燃燒后空氣成份摩爾數比例為N2:02 = H2O = 47:20.9:29.5，平均分子量μ = 26，氣體常數R = 320。
[0026]表1氫空氣燃燒參數表(2kg/s流量)
[0027]
【權利要求】
1.一種用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:包括噴嘴盤、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點火器，所述噴嘴盤上設置有若干個用于向燃燒室內噴射氫氣和富氧空氣的同軸射流噴嘴，所述燃燒室呈管狀，其兩端分別安裝有噴嘴盤和圓變方收縮管，所述圓變方收縮管的方口端安裝有噴管，所述燃燒室的靠近噴嘴盤的管壁上設置有點火器接嘴，所述點火器通過點火器接嘴與燃燒室連通，以向燃燒室噴入引火火焰，所述燃燒室、圓變方收縮管均為雙層管壁結構，二者的兩層管壁間均有冷卻水循環通道，且二者的外層管壁上均設置有進水口和出水口，所述噴管上也設置有冷卻水循環通道及進水口和出水口。
2.根據權利要求1所述的用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述點火器包括進氣盤、混合燃燒管和出焰段，所述進氣盤和出焰段分別安裝在混合燃燒管的兩端，所述進氣盤上設置有一個火花塞、五個進空氣口和一個進氫氣口，火花塞位于進氣盤的中央，五個進空氣口和一個進氫氣口位于以火花塞為中心的同一個圓上，其中一個進空氣口的尾孔中心線和一個進氫氣口的尾孔中心線均與混合燃燒管的軸線成45°角，且該兩尾孔中心線相交，另外四個進空氣口的尾孔中心線均與混合燃燒管的軸線成21°角，且該四尾孔中心線相交，所述出焰段呈喇叭形，其小端設置有出焰口，且該出焰口與燃燒室上的點火器接嘴連接。
3.根據權利要求1所述的用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述燃燒室的長度為無燃燒狀態下噴嘴盤上相鄰噴嘴湍流混合長度的I?2倍。
4.根據權利要求1所述的用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述噴嘴盤、燃燒室、圓變方收縮管、噴管和點火器均由中國牌號為lCrl8Ni9C的不銹鋼材料制成。
5.根據權利要求2所述的用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述出焰段上還設置有測溫口和測壓口。
6.根據權利要求1所述的用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述圓變方收縮管的過渡段上還設置有測溫接嘴和測壓接嘴。
7.根據權利要求1所述的用于長時間超聲速燃燒的空氣加熱裝置，其特征在于:所述噴管超聲速段型線采用Foelsch方法設計。
【文檔編號】G01M15/02GK103743571SQ201310688119
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月16日 優先權日:2013年12月16日
【發明者】王晶, 袁濤, 孟令瑾, 李英, 范學軍 申請人:中國科學院力學研究所