一种流量和温度大范围可调的燃气发生器的制作方法

本发明涉及一种流量和温度大范围可调的燃气发生器。

背景技术：

近年来，随着航空航天技术的快速发展，对燃气伺服系统、发动机涡轮叶片等零部组件在全工作包线范围内的工作性能要求越来越高。为此需要在地面模拟真实工作环境以考核其在全工作包线范围内的工作性能。这就要求地面燃气发生器具有流量和温度大范围调节的能力，目前需求最小燃气流量约为20g/s，最低温度约为600k。现有常用的燃气发生器在600k工作存在点火失败和燃烧不能持续的问题，燃气流量20g/s时对应的燃料流量不到1g/s，给燃气发生器喷嘴的设计带来很大困难。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是提供一种流量和温度大范围可调的燃气发生器，解决在温度较低、流量较小时，燃气发生器点火可靠性和燃烧稳定性较差的问题。本发明将燃烧、掺混过程分开，再通过分流，实现了流量和温度大范围调节的燃气发生器设计。

本发明的技术解决方案是提供一种流量和温度大范围可调的燃气发生器，其特殊之处在于：包括头部与身部；上述身部包括依次连接的燃烧段、掺混段及分流段；上述头部与身部同轴安装且与燃烧段连接；

上述头部包括同轴套装的头部内管与头部外管，头部外管安装有与外管内部相通的空气管路，头部内管与头部外管之间形成空气通道，头部内管为燃料通道；

上述燃烧段包括同轴套装的燃烧段内管与燃烧段外管，空气通道与燃烧段内管及燃烧段内管与燃烧段外管间的环形腔均连通；燃料通道与燃烧段内管相连通；

上述掺混段包括同轴套装的掺混段内管与掺混段外管，掺混段外管通过连接管段与空气管路相连通，掺混段内管管壁上开设有多个掺混孔；

上述分流段入口与掺混段内管出口相连通，所述分流段包括多段并联管段，各管段中安装有孔径不同的排气孔板。

调节进入燃烧段外筒及内筒中的空气量及进入燃烧段内筒中的燃料量，通过控制燃烧段内筒中燃料和空气的混合比以及进入掺混段内筒中的空气量，保证燃气发生器点火可靠和稳定燃烧；同时通过调节进入掺混段内筒中的空气量，满足高温燃气温度变化要求；通过分流段的分流，满足流量和压力要求。

进一步地，头部与燃烧段的连接处设有隔板，隔板上开有通孔，确保空气通道内的空气进入燃烧段内管及燃烧段内管与燃烧段外管间的环形腔；头部内管端部设有燃料喷嘴，燃料通道的燃料通过燃料喷嘴喷入燃烧段内管。

进一步地，为了实现均匀混合，各掺混孔的孔径不同或部分不同。

进一步地，分流段包括第一管段与第二管段，所述第二管段设置在第一管段的侧壁并与第一管段相连通；所述第一管段的入口与掺混段内管的出口相连通。

进一步地，头部与燃烧段、燃烧段与掺混段、掺混段与分流段均通过法兰连接。

进一步地，法兰连接处利用铜垫片或石墨缠绕垫密封。

进一步地，排气孔板为音速孔板。

本发明的有益效果在于：

1、燃气发生器点火可靠和稳定燃烧；

本发明燃气发生器空气分为两路进入燃烧段与掺混段，通过控制燃烧段内燃料和空气的混合比以及进入掺混段的空气流量，保证该燃气发生器点火可靠和稳定燃烧；该燃气发生器在燃料流量小于1g/s时，可以适当加大燃料流量，匹配合适空气，多余的燃气通过排气孔板排出。

2、本发明燃气发生器燃气参数变化范围大；

本发明通过掺混实现燃气温度变化，避免了燃气发生器直接工作在600k以下可能出现的点火失败和燃烧不能持续的问题；并采用分流段双通道分流，实现燃气流量和压力大范围调节；

3、本发明燃气发生器结构简单，方便操作，已成功应用于某燃气伺服技术试验热气气源系统，运行效果良好。

附图说明

图1为实施例中燃气发生器结构示意图。

图2为燃烧段结构示意图。

图中附图标记为：1-燃烧段，11-燃烧段内管，111-入口段，112-中间段，113-出口段，12-燃烧段外管，2-掺混段，21-掺混段内管，22-掺混段外管，3-分流段，31-第一管段，32-第二管段，4-头部，41-头部内管，42-头部外管，5-空气管路，6-连接管段，7-隔板，8-点火器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1，本实施例流量和温度大范围可调的燃气发生器由头部4、燃烧段1、掺混段2和分流段3四部分组成，各段采用法兰连接，铜垫片或石墨缠绕垫密封。

其中头部4包括同轴套装的头部内管41与头部外管42，头部外管42安装有空气管路5，头部内管41与头部外管42之间形成空气通道，头部内管41为燃料通道；燃烧段1包括同轴套装的燃烧段内管11与燃烧段外管12，头部4与燃烧段1的连接处设有隔板7，隔板7上开有空气通孔，空气通道的空气通过空气通孔喷入燃烧段内管11及燃烧段内管11与燃烧段外管12间的环形腔；头部内管41端部设有燃料喷嘴，燃料通道的燃料通过燃料喷嘴喷入燃烧段内管11。全部的燃料和部分空气在燃烧段1进行燃烧，获得高温燃气。从图2中可以看出，燃烧段内管11包括依次连接的入口段111、中间段112及出口段113，入口段111直径依次增大直至与中间段112直径相同，出口段113直径依次减小直至与掺混段内管21直径相同。掺混段2包括同轴套装的掺混段内管21与掺混段外管22，掺混段外管22通过连接管段6与空气管路5相连通，掺混段内管21管壁上均布多个孔径不同掺混孔；空气管路5中的部分空气通过不同孔径的掺混孔进入掺混段内管21，通过与燃烧段1出口燃气按一定比例掺混，获得满足温度要求的混合气体；本实施例分流段3包括两路管段，分别为第一管段31与第二管段32，第二管段32设置在第一管段31的侧壁并与第一管段31相连通；第一管段31的入口与掺混段内管21的出口相连通，两路管段内壁安装孔径不同的音速孔板，在分流段3通过设置不同孔径的排气孔板，满足燃气流量和压力要求。

本发明的工作原理和工作过程如下：

燃料由入口i进入，空气由入口ii进入空气管路5后分成两部分，其中一部分通过头部外管42进入燃料段内筒与燃料段外筒，进入燃料段内筒的空气和燃料按一定比例进行混合，实现稳定燃烧，生成高温燃气；另一部分空气进入掺混段2，通过掺混段2内筒不同大小的掺混孔进入掺混段2内筒，实现与高温燃气的掺混，获得满足温度要求的混合气体；

混合气体在分流段3通过不同孔径的排气孔板，实现流量分配，最终使得出口iii的燃气参数满足压力和流量要求。试验过程中，实时监测燃气温度，通过调节燃料流量或空气流量满足温度和流量要求。本发明已成功应用于某燃气伺服技术试验热气气源系统，运行效果良好。另，本发明还可以应用于同类型的地面试验系统。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种流量和温度大范围可调的燃气发生器，包括头部与身部；身部包括依次连接的燃烧段、掺混段及分流段；头部与身部同轴安装且与燃烧段连接；头部外管安装有与外管内部相通的空气管路，头部内管与头部外管之间形成空气通道，头部内管为燃料通道；空气通道与燃烧段内管及燃烧段内管与燃烧段外管间的环形腔均连通；掺混段外管通过连接管段与空气管路相连通，掺混段内管管壁上开设有多个掺混孔；分流段入口与掺混段内管出口相连通，分流段包括多段并联管段，各管段中安装有孔径不同的排气孔板。通过空气分布式注入方式参与燃烧、掺混以及燃烧室双通道分流技术实现流量和温度大范围调节。

技术研发人员：李小平;唐敏;熊剑;肖虹;高强;房喜荣
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2018.12.21
技术公布日：2019.06.14