用于长时间超声速燃烧的空气加热装置制造方法
【专利摘要】本发明公开一种用于长时间超声速燃烧的空气加热装置，其包括喷嘴盘、燃烧室、圆变方收缩管、喷管和点火器，喷嘴盘上设置有若干个用于向燃烧室内喷射氢气和富氧空气的同轴射流喷嘴，所述燃烧室呈管状，其两端分别安装有喷嘴盘和圆变方收缩管，圆变方收缩管的方口端安装有喷管，所述燃烧室的靠近喷嘴盘的管壁上设置有点火器接嘴，点火器通过点火器接嘴与燃烧室连通，以向燃烧室喷入引火火焰，所述燃烧室、圆变方收缩管均为双层管壁结构，二者的两层管壁间均有冷却水循环通道，且二者的外层管壁上均设置有进水口和出水口，喷管上也设置有冷却水循环通道及进水口和出水口。本发明解决了现有的空气加热装置在持续时间等方面不够理想的问题。
【专利说明】用于长时间超声速燃烧的空气加热装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于长时间超声速燃烧的空气加热装置。
【背景技术】
[0002]超燃冲压发动机是高超声速吸气式推进技术的核心，在航空航天与国防领域具有很好的应用前景。目前，超燃冲压发动机技术正经历着从实验室研究走向工程研制与飞行演示阶段，这就需要超燃冲压发动机在地面进行大量长时间的演示实验。
[0003]目前，超声速燃烧研究主要采用直联式超燃模型发动机来进行，通常采用厚壁面金属材料被动冷却方式冷却机构温度，运行时间较短，一般不超过10秒量级。
[0004]超声速燃烧实验台是进行超声速燃烧实验研究的基本工具。实验台的能力和水平主要体现在空气加热装置所能提供的总温、总压条件、持续时间、流量规模以及操作控制的准确、可靠及自动化程度；此外，要实现燃料与空气混合时能发生自发点火，则燃烧室气流马赫数、静压、静温以及气体的总温和总压都有一定范围要求，而现有的空气加热装置在持续时间等方面并不够理想。
【发明内容】
[0005]针对现有的空气加热装置在持续时间等方面不够理想的问题，本发明提供一种用于长时间超声速燃烧的空气加热装置。
[0006]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0007]—种用于长时间超声速燃烧的空气加热装置，其包括喷嘴盘、燃烧室、圆变方收缩管、喷管和点火器，所述喷嘴盘上设置有若干个用于向燃烧室内喷射氢气和富氧空气的同轴射流喷嘴，所述燃烧室呈管状，其两端分别安装有喷嘴盘和圆变方收缩管，所述圆变方收缩管的方口端安装有喷管，所述燃烧室的靠近喷嘴盘的管壁上设置有点火器接嘴，所述点火器通过点火器接嘴与燃烧室连通，以向燃烧室喷入引火火焰，所述燃烧室、圆变方收缩管均为双层管壁结构，二者的两层管壁间均有冷却水循环通道，且二者的外层管壁上均设置有进水口和出水口，所述喷管上也设置有冷却水循环通道及进水口和出水口。
[0008]为了保证氢气与空气的充分混合与高效燃烧，优选地，所述燃烧室的长度为无燃烧状态下喷嘴盘上相邻喷嘴湍流混合长度的I?2倍。
[0009]优选地，所述点火器包括进气盘、混合燃烧管和出焰段，所述进气盘和出焰段分别安装在混合燃烧管的两端，所述进气盘上设置有一个火花塞、五个进空气口和一个进氢气口，火花塞位于进气盘的中央，五个进空气口和一个进氢气口位于以火花塞为中心的同一个圆上，其中一个进空气口的尾孔中心线和一个进氢气口的尾孔中心线均与混合燃烧管的轴线成45°角，且该两尾孔中心线相交，另外四个进空气口的尾孔中心线均与混合燃烧管的轴线成21°角，且该四尾孔中心线相交，所述出焰段呈喇叭形，其小端设置有出焰口，且该出焰口与燃烧室上的点火器接嘴连接。
[0010]优选地，所述喷嘴盘、燃烧室、圆变方收缩管、喷管和点火器均由中国牌号为lCrl8Ni9C的不锈钢材料制成。
[0011]为测定点火器内的温度和压力，优选地，所述出焰段上还设置有测温口和测压口。
[0012]为测定空气加热装置内的温度和压力，优选地，所述圆变方收缩管的过渡段上还设置有测温接嘴和测压接嘴。
[0013]为缩短喷管长度，减少气流热量损失，优选地，所述喷管超声速段型线采用Foelsch方法设计。
[0014]本发明的喷嘴盘采用同轴射流喷嘴向燃烧室喷氢气和富氧空气，其不仅可以冷却喷口，同时形成的火焰与壁面有一段距离，能够有效降低壁面热流量；燃烧室、圆变方收缩管和喷管的循环水主动冷却结构的冷却效果能够满足长时间的超声速燃烧地面试验；空气加热装置总温总压容易调节，流量规模容易扩大，点火启动可靠，燃烧完全，流场稳定，热损失少，解决了现有的空气加热装置在持续时间等方面不够理想的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的用于长时间超声速燃烧的空气加热装置的一实施例的结构示意图；
[0016]图2是图1所示的喷嘴盘的结构示意图；
[0017]图3是图2所示同轴射流喷嘴的结构示意图；
[0018]图4是图1所示的燃烧室的示意图；
[0019]图5是图1所示的圆变方收缩管的示意图；
[0020]图6是图1所示的喷管的示意图；
[0021]图7是图1所示的点火器的示意图；
[0022]图中:1、喷嘴盘；11、同轴射流喷嘴；111、喷嘴中心；112、环形通道；2、燃烧室；21、点火器接嘴；3、圆变方收缩管；31、测温接嘴；32、测压接嘴；4、喷管；5、点火器；51、进气盘；510、火花塞；511、进空气口 ；512、进氢气口 ；52、混合燃烧管；53、出焰段；530、出焰口 ；531、测温口 ；532、测压口。
【具体实施方式】
[0023]下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
[0024]如图1所示，本实施例的用于长时间超声速燃烧的空气加热装置包括喷嘴盘1、燃烧室2、圆变方收缩管3、喷管4和点火器5，所述喷嘴盘上设置有若干个用于向燃烧室内喷射氢气和富氧空气的同轴射流喷嘴，燃烧室2呈管状，其两端分别安装有喷嘴盘I和圆变方收缩管3，圆变方收缩管3的方口端安装有喷管4，燃烧室2的靠近喷嘴盘I的管壁上设置有点火器接嘴21，点火器5通过点火器接嘴21与燃烧室2连通，以向燃烧室2喷入引火火焰，燃烧室2和圆变方收缩管3均为双层管壁结构，二者的两层管壁间均有冷却水循环通道，且二者的外层管壁上均设置有进水口和出水口，喷管4上也设置有冷却水循环通道及进水口和出水口，燃烧室2、圆变方收缩管3和喷管4均采用循环水主动冷却。
[0025]空气加热装置采用“烧氢补氧”的方式加热，以使合成气流中的氧气的含量和正常空气相当。点火方式采用小火引大火。根据模拟飞行马赫数6?7以及冷却损失的要求，空气加热装置的技术指标设定为:最高总温T = 2200K，最高总压P = 5MPa，最大流量2kg/
S。米用CEA (chemical equilibrium with application)软件计算,可以得到各种设计总温下氢空气燃烧气体的组分及参数，如表1所示。从表中可知，对于T = 2200K，燃烧后空气成份摩尔数比例为N2:02 = H2O = 47:20.9:29.5，平均分子量μ = 26，气体常数R = 320。
[0026]表1氢空气燃烧参数表(2kg/s流量)
[0027]
【权利要求】
1.一种用于长时间超声速燃烧的空气加热装置，其特征在于:包括喷嘴盘、燃烧室、圆变方收缩管、喷管和点火器，所述喷嘴盘上设置有若干个用于向燃烧室内喷射氢气和富氧空气的同轴射流喷嘴，所述燃烧室呈管状，其两端分别安装有喷嘴盘和圆变方收缩管，所述圆变方收缩管的方口端安装有喷管，所述燃烧室的靠近喷嘴盘的管壁上设置有点火器接嘴，所述点火器通过点火器接嘴与燃烧室连通，以向燃烧室喷入引火火焰，所述燃烧室、圆变方收缩管均为双层管壁结构，二者的两层管壁间均有冷却水循环通道，且二者的外层管壁上均设置有进水口和出水口，所述喷管上也设置有冷却水循环通道及进水口和出水口。
2.根据权利要求1所述的用于长时间超声速燃烧的空气加热装置，其特征在于:所述点火器包括进气盘、混合燃烧管和出焰段，所述进气盘和出焰段分别安装在混合燃烧管的两端，所述进气盘上设置有一个火花塞、五个进空气口和一个进氢气口，火花塞位于进气盘的中央，五个进空气口和一个进氢气口位于以火花塞为中心的同一个圆上，其中一个进空气口的尾孔中心线和一个进氢气口的尾孔中心线均与混合燃烧管的轴线成45°角，且该两尾孔中心线相交，另外四个进空气口的尾孔中心线均与混合燃烧管的轴线成21°角，且该四尾孔中心线相交，所述出焰段呈喇叭形，其小端设置有出焰口，且该出焰口与燃烧室上的点火器接嘴连接。
3.根据权利要求1所述的用于长时间超声速燃烧的空气加热装置，其特征在于:所述燃烧室的长度为无燃烧状态下喷嘴盘上相邻喷嘴湍流混合长度的I?2倍。
4.根据权利要求1所述的用于长时间超声速燃烧的空气加热装置，其特征在于:所述喷嘴盘、燃烧室、圆变方收缩管、喷管和点火器均由中国牌号为lCrl8Ni9C的不锈钢材料制成。
5.根据权利要求2所述的用于长时间超声速燃烧的空气加热装置，其特征在于:所述出焰段上还设置有测温口和测压口。
6.根据权利要求1所述的用于长时间超声速燃烧的空气加热装置，其特征在于:所述圆变方收缩管的过渡段上还设置有测温接嘴和测压接嘴。
7.根据权利要求1所述的用于长时间超声速燃烧的空气加热装置，其特征在于:所述喷管超声速段型线采用Foelsch方法设计。
【文档编号】G01M15/02GK103743571SQ201310688119
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月16日 优先权日:2013年12月16日
【发明者】王晶, 袁涛, 孟令瑾, 李英, 范学军 申请人:中国科学院力学研究所