一种二维构型的多支板引射器结构设计的制作方法

本发明属于引射器应用技术领域，具体涉及一种二维构型的多支板引射器结构设计。

背景技术

引射器是一种依靠高总压气流给低总压气流进行增压的气体机械。机理上，引射器是通过引射气流和被引射气流之间接触的混合层中湍流的输运，把引射气流的动能传递给被引射气流，达到增加被引射气流总压的效果。因此，增强引射气流与被引射气流之间的混合是一种提高引射器性能的主要方式。增强混合主要有增加引射气流和被引射气流之间的混合面积、设计异型喷管出口增强两者气流之间的扰动两种方法。现有技术中，大多采用的方案有：在引射器中置入多组轴对称喷管增加混合面积，或者将喷管出口开槽或做成波瓣状来增强扰动。

目前，国内外关于多喷管引射器的技术大多是基于轴对称构型的，即超声速喷管、气体的流动通道都是轴对称构型的，多喷管引射器技术大多是圆形通道内置入多组轴对称构型喷管，轴对称喷管一般设计呈“l”型，为减少管道振动会在喷管间设置支撑，这种方案具有喷管的布置方案复杂，被引射气流的流动损失大的缺点。另外，轴对称构型的多喷管引射器中引射气流和被引射气流在混合室内分布不均匀，会造成较大的激波损失，进而影响引射性能。

技术实现要素：

为了克服现有多喷管引射器存在的不足，本发明设计了一种结构简单、易于布置、堵塞比小、流场分布均匀、性能优良的二维构型的多支板引射器结构设计方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种二维构型的多支板引射器结构设计，其特征在于，引射器的内部设置有多组给引射气流和被引射气流分流的支板，引射器的一端设有用于导入被引射气流的被引射气流入口，引射器的侧壁设有集气腔，集气腔上设有用于导入引射气流的引射气流入口，支板的内部设有喷管导气腔，喷管导气腔与集气腔通过喷管导气腔进气口连通，支板内部设有二维拉瓦尔喷管，二维拉瓦尔喷管入口与喷管导气腔相连，出口在被引射气流入口的对侧，二维构型的多支板引射器结构设计步骤如下：

s1：确定气流参数；

根据引射气流与被引射气流的物理参数、性能需求，物理参数包括比热比和粘性等，性能需求包括引射系数和增压比，通过引射器的一维设计理论确定引射气流的与被引射气流的参数；

s2：设定引射器内部通道尺寸；

设定引射器的截面构型为矩形，引射器内部矩形通道的宽度为d、高度为h，矩形通道内设有多个平行设置的支板，被引射气流入口的宽度为d、高度为h；

s3：设计支板数量和排列方案；

设定支板堵塞比θ，支板的堵塞比是支板总厚度与被引射气流入口通道的比值，根据支板堵塞比确定支板数量n≥1,n∈z，确定支板的厚度为δ满足δ＝θ×d/n，两侧的支板与壁面之间的被引射气流子通道宽度为d1，支板与支板之间的被引射气流子通道宽度为d2，d1与d2之间满足d1＝εd2，则有支板与支板之间被引射气流子通道宽度d2＝(1-θ)d/(n-1+2ε)；

s4：设计引射气流的进气方式；

当引射器为单侧进气时，在引射器的一端设置一个集气腔，支板与集气腔连接的一端设有一个喷管导气腔进气口；

当引射器为两侧进气时，在引射器的两端分别设置一个集气腔，支板与集气腔连接的两端分别设有一个喷管导气腔进气口；

s5：确定支板的结构参数；

支板内部的喷管导气腔出口与拉瓦尔喷管入口相连接，拉瓦尔喷管型线包括沿被引射气流方向收缩的收缩段和迎被引射气流方向扩张的扩张段，其中收缩段位于拉瓦尔喷管的前端，扩张段位于拉瓦尔喷管的后端。

所述的一种二维构型的多支板引射器结构设计，其特征在于，在s3中，支板堵塞比θ的取值范围为0.01～0.6。

所述的一种二维构型的多支板引射器结构设计，其特征在于，在s3中，支板与支板之间的被引射气流子通道宽度与支板与壁面之间的被引射气流子通道宽度的系数ε的取值范围为0.3～1。

所述的一种二维构型的多支板引射器结构设计，其特征在于，在s1中，引射气流马赫数的取值范围为1～8，被引射气流马赫数的取值范围为0～7，马赫数为0代表被引射气流的质量流量为0。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

一种二维构型的多支板引射器结构设计，所设计的二维构型的多支板引射器结构紧凑，易于布置，引射气流被支板内的二维拉瓦尔喷管分割成多股均匀气流，被引射气流被支板之间的被引射气流子通道分割成多股均匀气流，进而增加了引射气流和被引射气流之间的接触面积，实现了更好的混合效果，且喷管导气腔与二维拉瓦尔喷管的结构一体化设计，支板外轮廓呈流线型，给被引射气流造成的流动损失小；本发明增强了引射气流和被引射气流混合的充分性的同时，还有效的降低了激波损失，进而提高引射器的引射性能。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明沿喷管导气腔的纵向截面示意图；

图3为本发明垂直支板的横向截面示意图。

附图中的图例说明：1：被引射气流入口，2：引射气流入口，3：集气腔，4：引射器出口，5：支板，6：被引射气流子通道，7：喷管导气腔进气口，8：喷管导气腔，9：前端导流段，10：二维拉瓦尔喷管。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如附图所示，本发明提出了一种二维构型的多支板引射器结构设计，其特征在于，引射器的内部设置有多组给引射气流和被引射气流分流的支板，引射器的一端设有用于导入被引射气流的被引射气流入口，引射器的侧壁设有集气腔，集气腔上设有用于导入引射气流的引射气流入口，支板的内部设有喷管导气腔，喷管导气腔与集气腔通过喷管导气腔进气口连通，支板内部设有二维拉瓦尔喷管，二维拉瓦尔喷管入口与喷管导气腔相连，出口在被引射气流入口的对侧，二维构型的多支板引射器结构设计步骤如下：

s1，确定气流参数；

根据引射气流与被引射气流的物理参数、性能需求，物理参数包括比热比和粘性等，性能需求包括引射系数和增压比，通过引射器的一维设计理论确定引射气流与被引射气流的参数，其中，引射气流马赫数为4、总压为3mpa，被引射气流马赫数为0.4，总压为12kpa；

s2，设定引射器内部通道尺寸；

设定引射器内部空腔的宽度为d＝850mm、高度为h＝350mm，被引射气流入口和等截面段的内腔宽度都为850mm、高度都为350mm；

s3，设定引射器的横向参数和支板5的排列方案；

设定支板5堵塞比θ为0.31，(即支板5总厚度δtotal与被引射气流入口1通道宽度d之比)确定支板5数量n＝4，确定单个支板5厚度δ＝850×0.31/4≈66mm，设定支板5的排列方案，引射器内多组支板5均匀分布，确定支板5与引射器壁面间的被引射气流子通道4宽度d1、支板5与支板5间的被引射气流子通道4宽度d2，其中d1＝εd2，ε取0.5，d2＝(1-0.31)×850/(4-1+2×0.5)＝146.5mm,相应的，d1＝0.5×146.5＝73.25mm。

s4，设计引射气流的进气方式；

把引射气流进入喷管导气腔7的进气方式设计为单侧进气，则引射器的一端设置一个集气腔3，集气腔3的体积是各支板5内喷管导气腔7总体积的3倍；

s5：确定支板5的结构参数；

以引射气流ma数为4，总压为3mpa，被引射气流ma数为0.4，支板5厚度66mm，引射器内部空腔高度h＝350mm、引射气流单侧进气为输入参数设计支板结构，将支板的一端设计喷管导气腔进气口，确定喷管导气腔构型、二维拉瓦尔喷管收缩段、扩张段曲面型线。

实施例2

如附图所示，本发明提出了一种二维构型的多支板引射器结构设计，引射器的设计步骤如下：

s1，确定气流参数；

根据引射气流与被引射气流的物理参数、性能需求，物理参数包括比热比和粘性等，性能需求包括引射系数和增压比，通过引射器的一维设计理论确定引射气流与被引射气流的参数，其中，引射气流ma数为4、总压为3mpa，被引射气流ma数为0.4，总压为12kpa；

s2，设定引射器内部通道尺寸；

设定引射器内部空腔的宽度为d＝850mm、高度为h＝350mm，被引射气流入口1和等截面段的内腔宽度都为850mm、高度都为350mm；

s3，设定引射器的横向参数和支板5的排列方案；

设定支板5堵塞比θ为0.31，(即支板5总厚度δtotal与被引射气流入口1通道宽度d之比)，确定支板5数量n＝4，确定单个支板5厚度δ＝850×0.31/4≈66mm，设定支板5的排列方案，引射器内多组支板5均匀分布，确定支板5与壁面间的被引射气流子通道4宽度d1、支板5与支板5间的被引射气流子通道4宽度d2，其中d1＝εd2，ε取0.5，d2＝(1-0.31)×850/(4-1+2×0.5)＝146.5mm,相应的，d1＝0.5×146.5＝73.25mm。

s4，设计引射气流的进气方式；

把引射气流进入支板5中喷管导气腔7的进气方式设计为两侧进气，则引射器的两端分别设置一个集气腔3，单个集气腔3的体积是所有支板5内喷管导气腔7总体积的1.5倍；

s5：以引射气流ma数为4，总压为3mpa，被引射气流ma数为0.4，支板5厚度66mm，引射器内部空腔高度h＝350mm、引射气流单侧进气为输入参数设计支板结构，将支板的一端设计喷管导气腔进气口，确定喷管导气腔构型、二维拉瓦尔喷管收缩段、扩张段曲面型线。

以上实施例仅起到解释本发明技术方案的作用，本发明所要求的保护范围并不局限于上述实施例的实现系统和具体实施步骤。因此，仅对上述实施例中具体的公式及算法进行简单替换，但其实质内容仍与本发明方法相一致的技术方案，均应属于本发明的保护范围。