用于发动机试车台排气系统的引射器的制作方法

本发明涉及一种引射器，尤其是一种用于发动机试车台排气系统的引射器。

背景技术：

当在地面模拟发动机高空飞行状态时，通常先将发动机安装在高空模拟舱内，使用抽气设备对高空模拟舱进行抽气使得高空模拟舱内的压力与发动机高空飞行时所处高度的环境压力相同，再进行发动机点火，进行高空飞行模拟试验，在试验过程中要始终保持高空模拟舱内的压力与发动机高空飞行时所处高度的环境压力相同，这就需要即时将发动机排出的气体排出高空舱，现有技术中，通常采用引射器进行抽气，引射器是用较高压引射气流引射低压(或无压)的被引射气流，完成引射气流抽吸被引射气流进行掺混喷射或输送的装置，由于引射器无运动零件，使用可靠，广泛用于发动机试车台排气系统；而对于提供引射气流的引射部以及掺混引射的掺混部的几何、位置关系是决定引射器性能的关键因素，而现有技术中对于发动机试车台排气系统的引射器，并未形成成熟、合理的引射部和掺混部相互之间的几何、位置关系，导致引射器的引射性能低下，降低了试验的效率，同时增加了试验成本，此外，高空飞行的发动机所排出的气体为高温气体，其温度通常在350℃以上，当发动机排出的高温气体在金属管道内部流动时，由于金属热胀冷缩的属性，管道会发生轴向膨胀，当高温气体流动过后，随着金属管道恢复常温，金属管道会缩短为原有长度，现有管道支架无法吸收金属管道由于热胀冷缩而引起的轴向长度变化，进而导致管道支架变形甚至断裂。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种高引射性能的引射器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于发动机试车台排气系统的引射器，按照被引射气流的流动方向，所述引射器包括依次同轴固定连接的低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，所述低压室包括低压室壳体和与低压室壳体两端固定连接的法兰，所述低压室内按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有圆环分流导流装置，引射气流输送管道，引射气流收敛段，引射气流扩张段，所述圆环分流导流装置入口与引射气流进气总管固定连接，出口与引射气流输送管道的入口固定连接，所述低压室壳体，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，引射气流输送管道，引射气流收敛段，引射气流扩张段均为中空回转体，所述引射气流输送管道的中心线与所述低压室壳体的中心线重合，所述低压室出口与所述引射气流扩张段的出口截面在同一竖直面，所述低压室与引射器固定支架连接，所述掺混等直段与引射器活动支架连接。

进一步的，所述圆环分流导流装置一端固定连接有导流锥，所述导流锥的中心线与所述圆环分流导流装置的中心线重合，所述导流锥的顶点在所述低压室入口截面上。

进一步的，所述引射器活动支架包括引射器活动支架上支架，引射器活动支架底板，引射器活动支架上滚轮导向板，引射器活动支架下滚轮导向板，引射器活动支架滚轮组件，引射器活动支架下支架；所述引射器活动支架上支架与掺混等直段固定连接，所述引射器活动支架底板上表面与引射器活动支架上支架固定连接；所述引射器活动支架底板下表面设置有引射器活动支架上滚轮导向板，所述引射器活动支架固定支架上表面与所述引射器活动支架下滚轮导向板下表面固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件设置在所述引射器活动支架上滚轮导向板和所述引射器活动支架下滚轮导向板之间，所述引射器活动支架底板和引射器活动支架下支架之间通过拉紧螺栓固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件包括引射器活动支架滚轮和引射器活动支架框架，所述引射器活动支架滚轮设置在引射器活动支架框架内；所述引射器活动支架上支架与所述引射器活动支架底板之间设置有加强筋；所述引射器活动支架固定支架下部通过地脚螺栓与地面固定。

进一步的，引射气流的喉道直径为D_akp1，所述引射气流扩张段的直径为D_a2，所述D_akp1和D_a2满足下列方程组：

$D_{akp1}=\sqrt{\frac{4S_{akp1}}{3.14}}---\left(1\right)$

$S_{akp1}=\frac{G_{a1}\×\sqrt{T_{ta1}}}{0.0404\×P_{akp1}}---\left(2\right)$

$P_{takp1}=\frac{P_{tam1}}{{\mathrm{\δ}}_1}---\left(3\right)$

$P_{tam1}=\frac{P_{am1}}{\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)}---\left(4\right)$

$\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)={(1+\frac{k-1}{2}{M_{a1}}^2)}^{-\frac{k}{k-1}}---\left(5\right)$

P_am1＝P_tb1 (6)

$G_{a1}=\frac{G_{b1}}{n_1}---\left(7\right)$

$D_{a2}=\sqrt{\frac{4S_{a2}}{3.14}}---\left(8\right)$

$S_{a2}=\frac{S_{akp1}}{{\mathrm{\δ}}_1*q\left(M_{a1}\right)}---\left(9\right)$

$q\left(M_{a1}\right)=\frac{M_{a1}{\left(0.5\right(k+1\left)\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}{{(1+0.5(k-1\left){M_{a1}}^2\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}---\left(10\right)$

上述方程组中：D_akp1：引射气流的喉道直径，单位为mm；S_akp1：引射气流的喉道的面积，单位为mm²；G_a1：引射气流的流量，单位为kg/s；T_ta1：引射气流的温度，单位为K；P_takp1：引射气流喉道内的总压，单位为Mpa；P_tam1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的总压，单位为Mpa；δ₁：引射气流在引射气流扩张段的总压恢复系数；P_am1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压，单位为Mpa；M_a1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数；π(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压与总压比；k：比热比；P_tb1：被引射气流总压，单位为Mpa；G_b1：被引射气流的流量，单位为kg/s；n₁：引射系数；D_a2：引射气流扩张段的直径，单位为mm；S_a2：引射气流扩张段的面积，单位为mm²；q(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的速度系数；其中，引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数大于1，所述引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数由已知的被引射气流总压和被引射气流的流量确定，所述引射系数由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数和已知的引射气流的总温和被引射气流的总温确定。

进一步的，所述掺混等直段的直径为D_ckp1，长度为L_ckp1；掺混收敛段的直径为D_c11，收敛角为α₁，长度为L_c11；所述掺混扩张段的直径为D_a2，扩张角为α₂，长度为L_c12；所述D_ckp1，L_ckp1，D_c11，α₁₁，L_c11，D_c12，α₁₂，L_c12满足下列方程组：

$D_{ckp1}=\sqrt{\frac{4S_{ckp1}}{3.14}}---\left(11\right)$

S_ckp1＝S_akp1×f_ackp1 (12)

L_ckp1＝4×D_ckp1 (13)

$D_{c11}=\sqrt{\frac{4S_{c11}}{3.14}}---\left(14\right)$

S_c11＝1.95×S_ckp1 (15)

D_c11＝D_c12 (16)

$L_{c11}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c11}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{11}}{2}}---\left(17\right)$

$L_{c12}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c12}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{12}}{2}}---\left(18\right)$

上述方程组中：D_ckp1：掺混等直段的直径，单位为mm；S_ckp1：掺混等直段的面积，单位为mm²；f_ackp1：掺混等直段与引射气流的喉道的面积比；L_ckp1：掺混等直段的长度，单位为mm；D_c11：掺混收敛段的直径，单位为mm；S_c11：掺混收敛段的面积，单位为mm²；D_c12：掺混扩张段的直径，单位为mm；L_c11：掺混收敛段的长度，单位为mm；α₁₁：掺混收敛段的收敛角，单位为°L_c12：掺混扩张段的长度，单位为mm；α₁₂：掺混扩张段的扩张角，单位为°；其中，掺混等直段与引射气流引射气流等直段的面积比由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数确定。

进一步的，所述掺混收敛段的收敛角满足：4°≤α₁₁≤5°，所述掺混扩张段的扩张角满足：4°≤α₁₂≤5°。

进一步的，所述掺混收敛段的收敛角和掺混扩张段的扩张角均为4.4°。

进一步的，所述低压室壳体的直径为D₁，所述低压室壳体的直径满足方程：D₁＝1.05×D_c11，其中，D₁的单位为mm。

进一步的，所述过渡段的长度为S₁，所述过渡段的长度满足方程：S₁＝D₁-D_c11，其中，S₁的单位为mm。

与现有技术相比，本发明所述的用于发动机试车台排气系统的引射器，具有以下有益效果：

(1)本发明所述的引射器通过设置过渡段，并将低压室的出口截面与引射气流扩张段的出口截面在同一竖直面，同时明确了引射气流喉道的直径，引射气流扩张段直径，掺混等直段直径，长度；掺混收敛段直径，收敛角，长度；掺混扩张段直径，扩张角，长度；引射气流扩张段直径，低压室直径，过渡段长度之间的几何关系和/或数值，提高了引射器的引射性能；

(2)本发明所述的引射器，通过设置具有滚轮组件的引射器活动支架，吸收金属管道由于热胀冷缩而引起的轴向长度变化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。

图1为本发明用于发动机试车台排气系统的引射器的示意图。

图2为图1中沿C-C的剖视图。

图3为本发明用于发动机试车台排气系统引射器的低压室的示意图。

图4为本发明用于发动机试车台排气系统引射器的引射器活动支架的主视图。

图5为本发明用于发动机试车台排气系统引射器的引射器活动支架的左视图。

图6为本发明用于发动机试车台排气系统引射器的引射器活动支架滚轮组件的示意图。

具体实施方式

参见图1-6，一种用于发动机试车台排气系统的引射器，按照被引射气流的流动方向，所述引射器100包括依次同轴固定连接的低压室110，过渡段120，掺混收敛段130，掺混等直段140，掺混扩张段150，所述低压室110包括低压室壳体112和与低压室壳体112两端固定连接的法兰，所述低压室110内按照被引射气流的流动方向依次同轴固定连接有圆环分流导流装置113，引射气流输送管道117，引射气流收敛段114，引射气流扩张段115，所述圆环分流导流装置113入口与引射气流进气总管111固定连接，出口与引射气流输送管道117的入口固定连接，所述低压室壳体112，过渡段120，掺混收敛段130，掺混等直段140，掺混扩张段150，引射气流输送管道117，引射气流收敛段114，引射气流扩张段115均为中空回转体，所述引射气流输送管道117的中心线与所述低压室壳体112的中心线重合，所述低压室110出口与所述引射气流扩张段115的出口截面在同一竖直面，所述低压室110与引射器固定支架160连接，所述掺混等直段140与引射器活动支架170连接。

优选的，所述圆环分流导流装置113一端固定连接有导流锥116，所述导流锥116的中心线与所述圆环分流导流装置113的中心线重合，所述导流锥116的顶点在所述低压室110入口截面上。

优选的，所述引射器活动支架170包括引射器活动支架上支架171，引射器活动支架底板172，引射器活动支架上滚轮导向板173，引射器活动支架下滚轮导向板174，引射器活动支架滚轮组件175，引射器活动支架下支架177；所述引射器活动支架上支架171与掺混等直段140固定连接，所述引射器活动支架底板172上表面与引射器活动支架上支架171固定连接；所述引射器活动支架底板172下表面设置有引射器活动支架上滚轮导向板173，所述引射器活动支架固定支架177上表面与所述引射器活动支架下滚轮导向板174下表面固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件175设置在所述引射器活动支架上滚轮导向板173和所述引射器活动支架下滚轮导向板174之间，所述引射器活动支架底板172和引射器活动支架下支架177之间通过拉紧螺栓176固定连接；所述引射器活动支架滚轮组件175包括引射器活动支架滚轮178和引射器活动支架框架179，所述引射器活动支架滚轮178设置在引射器活动支架框架179内；所述引射器活动支架上支架171与所述引射器活动支架底板172之间设置有加强筋180；所述引射器活动支架固定支架177下部通过地脚螺栓与地面固定。

优选的，引射气流的喉道直径为D_akp1，所述引射气流扩张段115的直径为D_a2，所述D_akp1和D_a2满足下列方程组：

$D_{akp1}=\sqrt{\frac{4S_{akp1}}{3.14}}---\left(1\right)$

$S_{akp1}=\frac{G_{a1}\×\sqrt{T_{ta1}}}{0.0404\×P_{takp1}}---\left(2\right)$

$P_{takp1}=\frac{P_{tam1}}{{\mathrm{\δ}}_1}---\left(3\right)$

$P_{tam1}=\frac{P_{am1}}{\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)}---\left(4\right)$

$\mathrm{\π}\left(M_{a1}\right)={(1+\frac{k-1}{2}{M_{a1}}^2)}^{-\frac{k}{k-1}}---\left(5\right)$

P_am1＝P_tb1 (6)

$G_{a1}=\frac{G_{b1}}{n_1}---\left(7\right)$

$D_{a2}=\sqrt{\frac{4S_{a2}}{3.14}}---\left(8\right)$

$S_{a2}=\frac{S_{akp1}}{{\mathrm{\δ}}_1*q\left(M_{a1}\right)}---\left(9\right)$

$q\left(M_{a1}\right)=\frac{M_{a1}{\left(0.5\right(k+1\left)\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}{{(1+0.5(k-1\left){M_{a1}}^2\right)}^{(k+1)/2(k-1)}}---\left(10\right)$

上述方程组中：D_akp1：引射气流的喉道直径，单位为mm；S_akp1：引射气流的喉道的面积，单位为mm²；G_a1：引射气流的流量，单位为kg/s；T_ta1：引射气流的温度，单位为K；P_takp1：引射气流喉道内的总压，单位为Mpa；P_tam1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的总压，单位为Mpa；δ₁：引射气流在引射气流扩张段的总压恢复系数；P_am1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压，单位为Mpa；M_a1：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数；π(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的静压与总压比；k：比热比；P_tb1：被引射气流总压，单位为Mpa；G_b1：被引射气流的流量，单位为kg/s；n₁：引射系数；D_a2：引射气流扩张段的直径，单位为mm；S_a2：引射气流扩张段的面积，单位为mm²；q(M_a1)：引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数对应的速度系数；其中，引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数大于1，所述引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数由已知的被引射气流总压和被引射气流的流量确定，所述引射系数由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数和已知的引射气流的总温和被引射气流的总温确定。

优选的，所述掺混等直段140的直径为D_ckp1，长度为L_ckp1；掺混收敛段130的直径为D_c11，收敛角为α₁，长度为L_c11；所述掺混扩张段150的直径为D_a2，扩张角为α₂，长度为L_c12；所述D_ckp1，L_ckp1，D_c11，α₁₁，L_c11，D_c12，α₁₂，L_c12满足下列方程组：

$D_{ckp1}=\sqrt{\frac{4S_{ckp1}}{3.14}}---\left(11\right)$

S_ckp1＝S_akp1×f_ackp1 (12)

L_ckp1＝4×D_ckp1 (13)

$D_{c11}=\sqrt{\frac{4S_{c11}}{3.14}}---\left(14\right)$

S_c11＝1.95×S_ckp1 (15)

D_c11＝D_c12 (16)

$L_{c11}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c11}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{11}}{2}}---\left(17\right)$

$L_{c12}=\frac{\frac{1}{2}(D_{c12}-D_{ckp1})}{\tan \frac{{\mathrm{\α}}_{12}}{2}}---\left(18\right)$

上述方程组中：D_ckp1：掺混等直段的直径，单位为mm；S_ckp1：掺混等直段的面积，单位为mm²；f_ackp1：掺混等直段与引射气流的喉道的面积比；L_ckp1：掺混等直段的长度，单位为mm；D_c11：掺混收敛段的直径，单位为mm；S_c11：掺混收敛段的面积，单位为mm²；D_c12：掺混扩张段的直径，单位为mm；L_c11：掺混收敛段的长度，单位为mm；α₁₁：掺混收敛段的收敛角，单位为°L_c12：掺混扩张段的长度，单位为mm；α₁₂：掺混扩张段的扩张角，单位为°；其中，掺混等直段与引射气流引射气流等直段的面积比由引射气流在引射气流扩张段出口截面马赫数确定。

优选的，所述掺混收敛段的收敛角满足：4°≤α₁₁≤5°，所述掺混扩张段的扩张角满足：4°≤α₁₂≤5°。

优选的，所述掺混收敛段的收敛角和掺混扩张段的扩张角均为4.4°。

优选的，所述低压室壳体112的直径为D₁，所述低压室壳体112的直径满足方程：D₁＝1.05×D_c11，其中，D₁的单位为mm。

优选的，所述过渡段120的长度为S₁，所述过渡段120的长度满足方程：S₁＝D₁-D_c11，其中，S₁的单位为mm。

本发明所述引射器的工作原理为：高压气源内的高压气体通过进气总管进入圆环分流导流装置后，通过类拉瓦尔喷管形状的引射气流输送管道，引射气流收敛段，引射气流扩张段，引射气流形成超音速高压气流，进而引射沿导流锥从低压室入口进入的低压的被引射气流，高压的超音速引射气流和低压的被引射气流在类拉瓦尔喷管形状的掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段充分混合，提高了被引射气流的静压，当掺混后的混合气流静压大于等于0.11Mpa时，引射器出口可直接与大气连通，当掺混后的混合气流静压小于0.11Mpa时，引射器出口仍需再连接一级引射器。

最后说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳的实施例对本发明进行了详细说明，本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改和等同替代，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。