矩形燃烧室出口测量装置的制作方法

本发明涉及航空发动机燃烧室领域，特别地，涉及一种矩形燃烧室出口测量装置。

背景技术：

航空发动机燃烧室在其长期的发展过程中形成了自身的研制规律和研发流程，纵观国内外先进燃烧室的研发都是从低技术成熟度慢慢深入研究，逐步将技术成熟度提高的。通常发动机燃烧室研发流程如下：方案设计→大气条件单头部试验→工作条件单头部试验→多头部试验→全环试验→整机试验。

单头部/多头部燃烧室经常设计为矩形燃烧室，通过单头部/多头部燃烧室试验进行多方案筛选及单项关键技术验证，获得最佳方案后进行全环试验验证，这样可以降低研制成本，缩短研制周期。因此，在燃烧室的研制过程中，会开展大量的单头部/多头部燃烧室性能试验。在众多的性能指标中，燃烧室的出口燃气特性，例如出口温度场、总压损失、污染物排放等性能参数是评价燃烧室优劣的关键指标。因此，能够对单头部/多头部矩形燃烧室出口矩形截面的燃气特性进行准确、快速、方便、可靠以及全覆盖测量，在燃烧室的研制过程中具有举足轻重的作用。

现有的实现方案在进行性能试验时，通常采用固定式测量，单头部/多头部矩形燃烧室出口截面为一矩形截面，即在出口截面位置固定布置数量有限的测量探针。而这种固定式测量，由于探针数量有限，因此测得的数据量较少，而数据量少则不能反映真实的燃烧室出口截面的燃气性能；为了测得更多的数据，势必要求增加探针的数量，但是由于燃烧室出口燃气温度较高，测量探针必须采用冷却结构设计，因而探针的结构通常较复杂，探针的体积通常较庞大，如果增加测量探针势必会堵塞排气通道，影响燃烧室的工作，而较少数量的测量探针又不能提供全面的燃气特性参数，所以在使用中存在各种各样的不足。

因此，针对以上问题，亟需设计一种能获取真实准确的燃烧室出口截面燃气特性参数的测量装置。

技术实现要素：

本发明提供了一种矩形燃烧室出口测量装置，以解决现有的测量装置无法获取真实准确的燃烧室出口截面燃气特性数据的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种矩形燃烧室出口测量装置，包括：与试车台进气管路连接的并引导气流进入矩形燃烧室的进气段、与试车台排气管路连接的用于排出矩形燃烧室内燃气的排气段及设置在矩形燃烧室出口的用于测量其出口截面燃气特性参数的出口测量段，

出口测量段包括：用于测量出口截面燃气特性参数的测量靶及带动测量靶移动以测量整个出口截面燃气特性参数的驱动系统。

进一步地，驱动系统包括：用于固定测量靶的固定部及驱动固定部移动的驱动机构，驱动机构经丝杆连接固定部，驱动机构经丝杆驱动固定部与丝杆间发生相对位移。

进一步地，固定部包括：与丝杆平行设置的用于固定测量靶的空心轴，丝杆上套设有螺母，丝杆通过螺母上外延的连接边与空心轴连接。

进一步地，驱动机构的主动轴上设有主动齿轮，主动齿轮上啮合有从动齿轮，从动齿轮经键槽与丝杆连接。

进一步地，空心轴上设有包覆空心轴并用于冷却空心轴的腔体，腔体为双层水冷腔套结构，腔体上设有用于引进外界冷水的进水接口以及将腔体内的水排出的出水接口，腔体上还设有用于通入冷气的气冷接嘴。

进一步地，腔体与空心轴连接的两侧设有轴套，轴套与空心轴之间设有用于防止空气外露的密封圈。

进一步地，测量靶上设有压力测量靶和温度测量靶，压力测量靶沿矩形燃烧室出口通道高度方向间隔设有多个压力测量管，温度测量靶上沿矩形燃烧室出口通道高度方向间隔设有多个热电偶。

进一步地，空心轴的第一端设有将压力测量管与外界的压力测量设备连接的压力测量端盖，空心轴的第二端设有用于将热电偶与外界的温度测量设备连接的温度电偶引线座。

进一步地，压力测量端盖和温度电偶引线座上均设有用于向空心轴内部通入冷气的气冷接嘴，空心轴上设有用于进入空心轴的冷却空气出气的环孔。

进一步地，测量靶上还设有包覆测量靶的机匣壳体，压力测量管和热电偶均伸出机匣壳体；机匣壳体与空心轴连接的底座上设有进气口，机匣壳体的壁面上开设有气膜冷却孔，进入空心轴的部分冷空气进入机匣壳体后从气膜冷却孔排出。

本发明具有以下有益效果：

本发明的矩形燃烧室测量装置，通过驱动系统带动测量靶在矩形燃烧室出口处移动，以实现矩形燃烧室整个矩形出口截面燃气特性的测量，能够获取整个燃烧室出口截面的燃气特性参数，从而得到真实准确的反映燃烧室的性能指标。解决了现有的测量装置无法获取整个燃烧室出口的燃气特性参数以致于不能得到真实准确的反映燃烧室性能数据的技术问题。该测量装置装配简单，实用可靠。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的矩形燃烧室出口测量装置的结构示意图；

图2是图1沿a-a向的剖面示意图。

附图标号说明：

1、进气段；2、矩形燃烧室；3、出口测量段；4、排气段；5、支架；6、空心轴；7、测量靶；8、驱动机构；9、主动轴；10、主动齿轮；11、从动齿轮；12、丝杆；13、螺母；14、o型密封圈；15、直线轴承；16、压力测量端盖；17、温度电偶引线座；18、腔体；19、轴套；71、压力测量靶；72、温度测量靶。

具体实施方式

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组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种矩形燃烧室出口测量装置，该出口测量装置包括：与试车台进气管路连接的用于引入燃气到矩形燃烧室2的进气段1、与试车台排气管路连接用于排出矩形燃烧室2内燃气的排气段4及设置在矩形燃烧室2出口用于测量出口处燃气特性的出口测量段3，出口测量段3包括用于测量矩形燃烧室2出口燃气特性的测量靶7及带动测量靶7沿矩形燃烧室2出口移动以获取整个燃烧室出口截面燃气特性数据的驱动机构8。

本实施例的矩形燃烧室出口测量装置，通过驱动系统带动测量靶在矩形燃烧室出口截面处水平移动，以对矩形燃烧室整个矩形出口截面燃气特性参数的测量，从而得到真实准确的反映燃烧室的性能指标。解决了现有的测量装置无法获取整个燃烧室出口的燃气特性参数以致于不能得到真实准确的反映燃烧室性能数据的技术问题。该测量装置装配简单，实用可靠。

参照图2，驱动系统包括：用于固定测量靶7的固定部及驱动固定部移动的驱动机构8，驱动机构8经丝杆12连接固定部，驱动机构8经丝杆12驱动固定部与丝杆12间发生相对位移。在本实施例中，支架5固定在矩形燃烧室2的出口截面处，丝杆12的两端固定在支架5上，保证丝杆12不能沿其中心轴线方向移动，而只能沿其中心轴线方向旋转。驱动机构8为步进电机，步进电机的主动轴9上设有主动齿轮10，主动齿轮10上啮合有从动齿轮11，从动齿轮11通过键槽与丝杆12连接。步进电机的正转或反转，丝杆12随从动齿轮11一起正转或反转，带动固定部在丝杆12上移动，从而带动测量靶7沿矩形燃烧室2的矩形出口截面的长边方向移动扫描，以获取整个矩形燃烧室2出口的测量数据。

在本实施例中，固定部包括：设置在丝杆12一侧与丝杆12平行的用于固定测量靶7的空心轴6，空心轴6一端的外圆周上设有连接板，丝杆12上套设有螺母13，螺母13上外延的连接边与连接板通过螺栓连接，从而将空心轴6固定在丝杆12上。步进电机的正转或反转带动测量靶7沿丝杆12移动，实现测量靶7沿矩形燃烧室2的出口截面移动扫描。

空心轴6上设有包覆空心轴6并用于冷却空心轴6的腔体18。在本实施例中，空心轴6贯穿于腔体18，腔体18为双层腔套结构，腔体18上设有一进水接口和一出水接口，通过在双层腔套中间通入冷水，以对腔体18本体进行冷却保护。另外，腔体18的顶部还设有气冷接嘴，用于通入冷却空气，通过冷却空气保护腔体18内工作的零部件，使其能够在高温环境下持续可靠的工作。

空心轴6贯穿腔体18，腔体18被空心轴6贯穿的两个侧面焊接有轴套19，轴套19与空心轴6之间设有o型密封圈14，保证腔体18内的空气不泄露。另外，轴套19上还设有直线轴承15，空心轴6穿过直线轴承15，保证空心轴6在轴套19上自由滑动。

优选地，空心轴6的中部设有凹槽，腔体18上对应凹槽处也开设有槽口，测量靶7穿过腔体18上的槽口固定在空心轴6的凹槽处。在本实施例中，测量靶7包括：用于测量燃烧室出口燃气压力的压力测量靶71及用于测量燃烧室出口燃气温度的温度测量靶72，压力测量靶71上沿燃烧室出口通道高度方向设有多个压力测量管，温度测量靶72上沿燃烧室出口通道高度方向设有多个热电偶。上述的燃烧室出口通道高度方向指的是矩形燃烧室2矩形出口截面的短边方向，测量靶7沿矩形出口截面的短边布置，驱动机构8带动测量靶7沿矩形出口截面的长边方向移动，从而得到整个矩形出口截面的燃气特性参数。具体地，压力测量管和热电偶各有5个。根据测量目的和用途，测量靶7可以设为两个也可以设为多个，每个测量靶7上可以设为同种测量探针，也可以设为不同种类的测量探针。根据需要设置探针之间的间隔距离。

具体地，空心轴6的第一端通过螺纹连接有压力测量端盖16，压力测量端盖16与空心轴6之间设有密封垫，压力测量端盖16上还设有用于所述空心轴6内部通入冷却空气的气冷接嘴。空心轴6的第二端螺纹连接有温度电偶引线座17，空心轴6上靠近温度电偶引线座17的第二端设有气冷接嘴，以便于向空心轴6内部通入冷却空气。在本实施例中，空心轴6上设有环孔，便于进入空心轴6的冷却空气出气。

在本实施例中，压力测量管沿空心轴6第一端走线，连接至压力测量端盖16，压力测量端盖16连接有压力接嘴，通过压力接嘴连接外界的压力测量设备。温度测量导线沿空心轴6内部朝着第二端走线，连接至位于空心轴6第二端的温度电偶引线座17，通过温度电偶引线座17连接至外界的温度测量设备。

具体地，空心轴6上还设有包裹测量靶7的机匣壳体，机匣壳体通过螺栓与空心轴6连接，压力测量管及热电偶伸出机匣壳体外部，以便于测量燃烧室出口燃气的性能参数。机匣壳体与空心轴6连接的底座上设有进气口，机匣壳体的壁面上开设有气膜冷却孔，进入空心轴6的部分冷空气进入机匣壳体内部后从气膜冷却孔排出以对其及在其内的测量靶进行冷却，通过气冷结构，保证测量靶7在高温环境下正常工作。机匣壳体为双层腔套水冷结构，冷却水管管路沿空心轴6内部设置，从空心轴6的第一端接入冷却水，第二端接出冷却水，以对测量靶7进行循环冷却。

另外，根据燃烧室研究需要，测量靶7可以为燃气取样靶，以对燃气进行取样分析，得到需要测量的燃烧室的性能指标，例如：燃烧效率、污染物排放等。

在本实施例中，排气段4为双层水冷腔套结构，以对排气段4本体进行冷却保护，使其能够在高温环境下持续可靠的工作。

本发明矩形燃烧室出口测量装置的工作原理为：测量时，步进电机每隔一定时间，旋转一定的步长，丝杆12带动测量靶7移动一定的步长，如此步进式的测量，使测量靶7扫过整个矩形燃烧室2的出口截面，获取整个矩形燃烧室2出口截面的测量数据，从而得到真实准确的反映燃烧室的性能指标。测量的步长根据具体的燃烧室出口截面长度进行调节，同时相应调节丝杆12和空心轴6的长度，实现测量靶7移动不同范围，满足多种不同型号不同尺寸的燃烧室的测量需求。

通过以上的描述可以得知：本发明的矩形燃烧室出口测量装置，通过丝杆和螺母的配合，步进电机带动丝杆旋转，从而带动螺母上连接的测量靶扫过整个矩形燃烧室出口实现矩形燃烧室出口截面燃气场的全面测量，从而得到真实准确的反映燃烧室的性能指标；另外，通过气冷和水冷的双重保护结构，保证燃烧室出口的零部件在高温环境下持续稳定可靠的工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。