进气装置及包括其的航空发动机燃烧室试验设备的制作方法

1.本实用新型涉及一种航空发动机燃烧室试验进气装置及航空发动机燃烧室试验设备。


背景技术：

2.航空发动机燃烧室试验是航空发动机研制过程中不可缺少的工作环节。燃烧室试验是验证燃烧室是否达到设计要求的一种必要手段。目前燃烧室试验主要通过在燃烧室中通入高温高压气，然后喷入航空煤油点火来验证其性能。在试验结束后，燃烧室会排放高达1000℃的尾气。但，这种对尾气的直接排放会造成能源浪费。


技术实现要素：

3.本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术的燃烧室试验的尾气排放会造成能源浪费的缺陷，提供一种航空发动机燃烧室试验进气装置及包括其的航空发动机燃烧室试验设备。
4.本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
5.一种进气装置，用于向航空发动机的燃烧室提供燃烧用气体，其特点在于，所述进气装置包括依次连接的进气管、空气预热组件和出气组件，所述空气预热组件内设有燃气腔和位于所述燃气腔内的若干沿所述燃气腔长度方向设置的空气管束，所述空气预热组件的外壳的相对两侧面分别开设有燃气进口和燃气出口，所述燃气进口和所述燃气出口均与所述燃气腔连通，所述燃气进口与所述燃烧室的用于排放燃气的排放口连通。
6.在本方案中，进气装置通过在空气预热组件中设置燃气腔和位于所述燃气腔内的空气管束，使进入燃气腔中的高温燃气通过具有导热性的空气管束管壁，将热度传导至空气管束中的空气，完成对空气的高温预热，达到燃烧室对所通入空气的高温的要求。与此同时，有效降低了从燃气出口排出的燃气温度，达到了对于燃烧室所排放高温燃气的能量回收利用，降低了能源浪费。
7.较佳地，所述空气管束的数量为多个，多个所述空气管束相互平行设置。
8.在本方案中，将空气管束设置为多个，增加了燃气腔内空气管束的表面积，提升了空气热交换的效率；将空气管束相互平行设置，减少了在空气预热组件中安装多根空气管束的难度，降低了成本。
9.较佳地，所述空气管束的中心轴线，位于以所述空气预热组件的中心轴线为圆心的多个不同直径的圆环上，且位于同一所述圆环上的所述空气管束等距间隔设置；
10.其中，随所述圆环的直径变大，所述圆环上相邻所述空气管束之间的间距逐渐变小设置。
11.在本方案中，通过将空气管束围绕空气预热组件的中心轴线成不同直径的圆环布置，且同一圆环上的空气管束等距间隔，使得进入燃气腔中的高温燃气均匀分布于燃气腔中位于不同位置的空气管束的周围，进而使得位于不同位置的空气管束能够受到接近相同
的热交换，使通过空气预热组件预热的空气达到均匀的温度分布。通过随圆环的直径变大，圆环上相邻空气管束之间的间隔距离逐渐变小设置，使得燃气腔中的空气管束分布呈现外密内疏的整体布置，进而使得从燃气进口进入到燃气腔中的高温燃气首先对较密的外围空气管束进行热交换。在经过部分热交换之后的已经部分降温的燃气进入内部空气管束周围时，再对较疏的内部空气管束进行空气热交换，从而达到：较高温度的高温燃气对较多的空气管束进行热交换，较低温度的高温燃气对较少的空气管束进行热交换，进而达到对于位于不同位置处的空气管束最终达到相同热交换的效果，最终达到对通过空气预热组件预热的空气达到均匀的温度预热的目的。
12.较佳地，所述空气管束均为圆形管束，且所述空气管束的直径均相等。
13.在本方案中，通过将空气管束全部设置为圆形管束，利于高温燃气在燃气腔内更均匀地流动，不同位置处的空气管束更均匀接受燃气的热交换，通过将空气管束的直径相等设置，利于空气管束在空气预热组件中的安装，降低取材和安装成本。
14.较佳地，所述空气管束的直径为10-50mm，所述空气管束的沿所述空气预热组件的径向上的排数为5-20排。
15.在本方案中，通过将所述空气管束的直径设置为10-50mm，将所述空气管束的沿所述空气预热组件的径向上的排数设置为5-20排，使得燃气腔中的空气管束受到燃气较强的热交换效率，同时也能使得燃气在燃气腔中能够较为均匀地流动，以对位于不同位置的空气管束达到较为均匀的热交换。
16.较佳地，在位于最外侧的所述空气管束与所述空气预热组件的外壳的内表面之间具有空隙。
17.在本方案中，通过在最外侧空气管束和空气预热组件的外壳的内表面之间设置一定空隙，使得从燃气进口进入到燃气腔中的燃气更为均匀地流动至不同方向处的最外侧空气管束周围，并在其后的热交换的过程中，较为均匀地进一步流动至不同方向处的内侧空气管束的周围，从而达到既提高换热效率，又实现不同位置空气管束换热均匀的效果。
18.较佳地，将所述空隙的宽度设置为位于最外侧的所述空气管束的径向尺寸的1-3倍。
19.在本方案中，通过将所述空隙的宽度特定设置为最外侧的所述空气管束的径向尺寸的1-3倍，使得从燃气进口进入到燃气腔中的燃气更为快速、均匀地流动至不同方向处的最外侧空气管束周围，并在其后的热交换的过程中，较为均匀地进一步流动至不同方向处的内侧空气管束的周围，从而达到既提高换热效率，又实现不同位置空气管束换热均匀的效果。
20.较佳地，所述出气组件包括进气过渡件和试验入口件，所述进气过渡件与所述空气预热组件连接，所述试验入口件包括外环机匣和内环机匣，所述外环机匣与所述进气过渡件连接，所述内环机匣位于所述外环机匣内，且所述内环机匣的外壁与所述外环机匣的内壁之间形成有环形流道，所述外环机匣和所述内环机匣均与所述燃烧室连接。
21.在本方案中，通过设置进气过渡件和试验入口件，将所述进气过渡件与所述空气预热组件连接，同时设置所述试验入口件包括外环机匣和内环机匣，所述外环机匣与所述进气过渡件连接，所述内环机匣位于所述外环机匣内，且所述内环机匣的外壁与所述外环机匣的内壁之间形成有环形流道，使得从空气预热组件中排出的经过预热的高温空气依次
进入进气过渡件和环形流道。进气过渡件使得从不同空气管束中排出的高温空气进行混合，使得高温空气的温度更为均匀。通过环形流道的设置，进一步实现气流平缓过渡，有利于改善气流均匀性。
22.较佳地，所述进气过渡件包括依次连接的第一连接部、中间部和第二连接部，所述第一连接部与所述空气预热组件连接，所述第二连接部与所述外环机匣连接，所述第一连接部的径向尺寸大于所述第二连接部的径向尺寸，在由靠近所述第一连接部的一端至靠近所述第二连接部的一端的方向上，所述中间部的径向尺寸逐渐减小。
23.在本方案中，通过设置进气过渡件包括依次连接的第一连接部、中间部和第二连接部，并使在由靠近所述第一连接部的一端至靠近所述第二连接部的一端的方向上，所述中间部的径向尺寸逐渐减小，使得从不同空气管束中排出的高温空气在进行混合的同时逐渐被压缩，利于高温空气向环形流道流动时实现气流的平缓过渡，同时利于空气的充分融合，改善气流均匀性；另一方面，通过在进气过渡件中设置第一连接部的径向尺寸大于第二连接部的径向尺寸，有利于在空气预热组件中安装较多管束，实现较大的换热面积。
24.较佳地，所述第一连接部的径向尺寸与所述第二连接部的径向尺寸之比大于2。
25.在本方案中，通过将第一连接部的径向尺寸与第二连接部的径向尺寸之比设置为大于2，实现较好的气流平缓过渡和改善气流均匀性的效果。
26.较佳地，所述试验入口件还包括导流部件，所述导流部件与所述内环机匣连接，且所述导流部件至少部分位于所述进气过渡件内部，在由所述导流部件的远离所述内环机匣的一端至所述导流部件的连接所述内环机匣的一端的方向上，所述导流部件的径向尺寸逐渐增大至所述内环机匣的径向尺寸。
27.在本方案中，通过在试验入口件中设置包括导流部件，并且在由所述导流部件的远离所述内环机匣的一端至所述导流部件的连接所述内环机匣的一端的方向上，所述导流部件的径向尺寸逐渐增大至所述内环机匣的径向尺寸，使得高温空气在进入环形流道之前从进气过渡件逐渐被导流至环形流道，实现气流的平缓过渡，同时利于空气的充分融合，改善气流均匀性。
28.较佳地，所述导流部件为半球形或锥形结构。
29.在本方案中，通过将导流部件设置为半球形或锥形结构，实现高温空气气流的平滑、平缓过渡，利于空气的充分融合，改善气流均匀性。
30.较佳地，所述空气预热组件的两端为第一连接件和第二连接件，所述第一连接件连接于所述空气管束和所述进气管之间，所述第二连接件连接于所述空气管束和所述出气组件之间，所述第一连接件和所述第二连接件均为管束安装法兰。
31.在本方案中，采用上述结构形式，使得空气管束与空气预热组件两端的安装更为便捷，操作简便，降低成本。
32.一种航空发动机燃烧室试验设备，其特点在于，包括如上所述的进气装置和所述燃烧室，所述燃烧室的用于排放燃气的排放口与所述燃气进口相连通。
33.在本方案中，通过在进气装置中设置空气预热组件，回收燃气并对空气进行充分预热，达到节能的技术效果；进一步，通过设置环形流道和导流部件，实现预热后空气的平缓过渡，改善来流的均匀性。
34.本实用新型的积极进步效果在于：提供一种航空发动机燃烧室试验进气装置，包
括内部设置有空气管束的空气预热组件，通过回收燃气并对空气进行充分预热，为燃烧室试验提供符合条件的高温气体，达到节能的技术效果；进一步，通过在出气组件设置环形流道和导流部件，实现预热后空气的平缓过渡，改善来流的均匀性。
附图说明
35.图1为本实用新型一实施例的整体结构示意图。
36.图2为图1中沿d-d方向的剖视示意图。
37.图3为图1中沿e-e方向的剖视示意图。
38.图4为本实用新型一实施例的空气预热组件的第一连接件的结构示意图。
39.附图标记说明：
40.进气装置1
41.进气管2
42.空气预热组件3
43.第一连接件31
44.第二连接件32
45.燃气进口33
46.燃气出口34
47.空气管束35
48.外壳36
49.燃气腔37
50.平面管板38
51.安装孔39
52.管束安装孔40
53.出气组件4
54.进气过渡件41
55.第一连接部411
56.中间部412
57.第二连接部413
58.试验入口件42
59.外环机匣421
60.内环机匣422
61.导流部件423
具体实施方式
62.下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。
63.本实用新型提供一用于向航空发动机的燃烧室试验提供燃烧用气体的进气装置1，进气装置1的具体结构如图1至图4所示，进气装置1包括沿空气移动方向a依次连接的进气管2、空气预热组件3和出气组件4。在本实施例中，依次连接的进气管2、空气预热组件3和出气组件4的中心轴线均重合，进气管2、空气预热组件3和出气组件4呈“一”字形排列。在其
他实施例中，依次连接的进气管2、空气预热组件3和出气组件4也可以根据环境或者其他需要呈其他走向设置。空气预热组件3内设有燃气腔37和位于燃气腔37内的若干沿燃气腔37长度方向(即空气移动方向a)设置的空气管束35。空气管束35的两端分别连通进气管2和出气组件4，使得从进气管2进入进气装置1的空气仅能通过空气管束35进行预热，然后在空气管束35内充分预热的空气仅能流动至出气组件4，最后通往燃烧室。空气管束35为导热性能良好的热传导材料，例如可以是铁、铝、铜等单一金属或者合金金属材料，但是不限于金属类热传导材料。在空气预热组件3的外壳36的相对两侧面(即沿垂直于燃气腔37长度方向的方向上相对的两侧面)分别开设燃气进口33和燃气出口34，燃气进口33和燃气出口34均与燃气腔37连通，燃气进口33与燃烧室的用于排放燃气的排放口连通。从燃烧室中排放出的高温燃气通过燃气进口33导入燃气腔37，然后高温燃气横掠管束将热量传递给管束中的空气，达到空气预热的效果。具体来说，在燃气腔37内，高温燃气通过与空气管束35热传导材料的充分接触，将自身高温能量传递至空气管束35中的空气，使空气管束35中的空气达到燃烧室所需要的温度标准。通过热传导作用，原本从燃气进口33进入燃气腔37中的燃气温度得以降低，从燃气出口34排出的燃气达到排放的温度标准，达到了对热能的循环回收利用，降低了能源浪费。
64.在本实施例中，空气管束35的数量设置为多个，并且多个空气管束35相互平行设置。通过将空气管束35设置为多个，增加了燃气腔37内空气管束35的表面积，提升了空气热交换的效率；同时将空气管束35相互平行设置，减少了在空气预热组件3中安装多根空气管束35的难度，也降低了检修排查的成本。在其他实施例中，空气管束35也可以设置为一个。
65.进一步，空气管束35的中心轴线位于以空气预热组件3的中心轴线为圆心的多个不同直径的圆环c上，且位于同一圆环c上的相邻空气管束35之间等距间隔设置，也就是说：位于同一圆环c上的任意两个相邻的空气管束35的中心轴线之间的直线距离或者在圆环c上的弧长相等，达到同一圆环c上空气管束35的均匀设置。随圆环c的直径变大，圆环c上相邻空气管束35之间的间距f(即相邻空气管束35的中心轴线之间的直线距离或者在同一圆环c上的弧长)逐渐变小，进而使得处于外围圆环c上的相邻空气管束35间距f小于处于相对内侧的圆环c上的相邻空气管束35间距f，并在最外侧的圆环c上相邻空气管束35的间距f达到最小，最终众多空气管束35形成外密内疏的空间布置。
66.通过将空气管束35的中心轴线布置在以空气预热组件3的中心轴线为圆心的不同直径的圆环c上，且同一圆环c上的空气管束35等距间隔设置，使得燃气腔37内不同方向上的空气管束35均匀布置，从而使得进入燃气腔37中的高温燃气能够均匀地分布在燃气腔37中位于不同方向的空气管束35的周围，进而使得位于不同方向的空气管束35能够受到相同的热交换，进一步使得在空气预热组件3中预热的空气达到均匀的温度分布的效果。通过随圆环c的直径变大，圆环c上相邻空气管束35之间的间距f逐渐变小设置，使得燃气腔37中的空气管束35分布呈现外密内疏的整体布置，进而使得从燃气进口33进入到燃气腔37中的高温燃气首先对较密的外围空气管束35进行热交换。在经过与外围空气管束35热交换之后的已经部分降温的燃气与内部空气管束35接触时，再对较疏的内部空气管束35进行空气热交换，从而达到：较高温度的高温燃气对较多的空气管束35进行热交换，较低温度的高温燃气对较少的空气管束35进行热交换，进而使得对于位于不同位置处的空气管束35最终达到相同热交换的效果，也最终达到对通过空气预热组件3预热的空气达到均匀、较高效率预热的
目的。
67.实施例中空气管束35均为圆形管束，且空气管束35的直径均相等。通过将空气管束35全部设置为圆形管束，利于高温燃气在燃气腔37内更均匀地流动，不同位置处的空气管束35能够更均匀接受燃气的热交换，同时设置为圆形管束也能增加管束的面积，提升换热效率。通过将空气管束35的直径相等设置，利于空气管束35在空气预热组件3中的安装，降低取材和安装成本。在其他实施例中，空气管束35的形状和宽度也可以是为本领域技术人员容易想到的其他设计方式。
68.在进一步的实施例中，空气管束35的直径可以为10-50mm，空气管束35的沿空气预热组件3的径向b上的排数可以为5-20排。也就是说，空气管束35在沿径向b上所构成的不同直径的圆环c的个数可以为5-20排。或者说，在以燃气腔37的中心轴线为圆心，并以该圆心至空气预热组件3的外壳36的半径范围内，空气管束35所设置的排数可以为5-20排。此种优选的直径设置和径向排数设置，可以使燃气腔37中的空气管束35与燃气之间具有较高的热交换效率，同时也使得燃气在燃气腔37中能够较为均匀地流动，以对位于不同位置的空气管束35达到较为均匀的热交换。
69.请复参阅图3，在位于最外侧的空气管束35与空气预热组件3的外壳36的内表面之间具有空隙l。通过设置一定空隙l，使得从燃气进口33进入到燃气腔37中的燃气更为均匀地流动至不同方向处的最外侧空气管束35周围，并在其后的热交换的过程中，较为均匀地进一步流动至不同方向处的内侧空气管束35的周围，从而达到既提高换热效率，又实现不同位置空气管束35换热均匀的效果。
70.在进一步的实施例中，将空隙l的宽度设置为位于最外侧的空气管束35的径向尺寸的1-3倍。通过对空隙l的宽度的特定设置，使得从燃气进口33进入到燃气腔37中的燃气更为快速、均匀地流动至不同方向处的最外侧空气管束35周围，并在其后的热交换的过程中，较为均匀地进一步流动至不同方向处的内侧空气管束35的周围，从而达到既提高换热效率，又实现不同位置空气管束35换热均匀的效果。
71.请复参阅图1和图2，出气组件4包括沿空气移动方向a上依次连接的进气过渡件41和试验入口件42，进气过渡件41与空气预热组件3连接，试验入口件42包括外环机匣421和内环机匣422，外环机匣421与进气过渡件41连接，内环机匣422位于外环机匣421内，且内环机匣422的外壁与外环机匣421的内壁之间形成有环形流道，外环机匣421和内环机匣422均与燃烧室连接。本实施例中，通过设置进气过渡件41和试验入口件42，以及外环机匣421、内环机匣422和环形流道，使得从空气预热组件3中排出的经过预热的高温空气依次进入进气过渡件41和环形流道。在其中，进气过渡件41使得从不同空气管束35中排出的高温空气进行充分的混合，从而使空气的温度更为均匀一致。通过对环形流道的设置，使混合后的空气进入流道之中，进一步有利于改善气流的均匀性。在其他实施例中，进气过渡件41和试验入口件42也可以一体设置为一个部件，而不是进行分开连接设置。本实施例中的分开设置，有利于进气过渡件41和试验入口件42之间的安装和拆卸维护，减少操作难度。
72.在本实施例中，进气过渡件41包括依次连接的第一连接部411、中间部412和第二连接部413，第一连接部411与空气预热组件3连接，第二连接部413与外环机匣421连接，第一连接部411的径向尺寸大于第二连接部413的径向尺寸，在由靠近第一连接部411的一端至靠近第二连接部413的一端的方向上，中间部412的径向尺寸逐渐减小。因此，进气过渡件
41的中间部412可以是锥形结构构成。通过设置依次连接的第一连接部411、中间部412和第二连接部413，并使在由靠近第一连接部411的一端至靠近第二连接部413的一端的方向上，中间部412的径向尺寸逐渐减小，使得从不同空气管束35中排出的高温空气在进行混合的同时逐渐被压缩，利于高温空气向环形流道流动时实现气流的平缓过渡，利于空气的充分融合，改善气流均匀性；另一方面，通过在进气过渡件41中设置第一连接部411的径向尺寸大于第二连接部413的径向尺寸，有利于在空气预热组件3中安装较多管束，实现较大的换热面积，从而实现提升换热效率的技术效果。
73.在进一步的实施例中，设置第一连接部411的径向尺寸与第二连接部413的径向尺寸之比大于2。通过设置径向尺寸之比大于2的范围，实现更好的气流平缓过渡和改善气流均匀性的技术效果。
74.在本实施例中，试验入口件42中还包括导流部件423，导流部件423与试验入口件42中的内环机匣422连接，且导流部件423伸向进气过渡件41方向，同时导流部件423至少部分位于进气过渡件41内部，以分流在试验入口件42中已经充分混合的空气。导流部件423通过焊接或螺栓等连接方式安装在内环机匣422上。在由导流部件423的远离内环机匣422的一端至导流部件423的连接内环机匣422的一端的方向上，导流部件423的径向尺寸逐渐增大至内环机匣422的径向尺寸。在本实施例中，导流部件423在伸向试验入口件42的部位呈尖顶形状。在其他实施例中，也可以为圆顶或者平顶形状，只要该导流部件423能够很好地在环形流道之前形成分流效果即可。本实施例通过在试验入口件42中设置导流部件423，使得高温空气在进入环形流道之前从进气过渡件41逐渐被压缩至环形流道，实现气流的平缓过渡，同时改善了气流均匀性。
75.在进一步的实施例中，将导流部件423设置为半球形或锥形结构，从而实现高温空气气流的平滑、平缓过渡，改善气流均匀性。同时，导流部件423也可以设置为本领域技术人员能够想到的其他方式实现导流效果。
76.请复参阅图1和图2，空气预热组件3的两端设置有第一连接件31和第二连接件32。第一连接件31一侧与进气管2连接，另一侧与空气管束35连接。第二连接件32一侧与空气管束35连接，另一侧与出气组件4连接。本实施例中，第一连接件31、第二连接件32、第一连接部411、第二连接部413、试验入口件42上的与进气过渡件41相连接的端口处，以及进气管2上的与第一连接件31相连接的端口处均为法兰，依靠法兰上具有的环形排列的孔实现连接固定。在法兰与法兰相连接的状态下，相对位置的孔通过穿设法兰螺栓，然后使用螺母旋紧的方式达到连接紧固的目的。特别地，在本实施例中，如图4所示，空气预热组件3的第一连接件31是管束安装法兰。第二连接件32也是同样的管束安装法兰。管束安装法兰包括安装孔39、安装孔39所在的环形板以及位于安装孔39内侧并与安装孔39所在的环形板一体连接的平面管板38。环形板所在的平面和平面管板38所在的平面相重合。平面管板38可以是由耐高温的金属板材料构成。平面管板38包括有管束安装孔40，用于与对应的空气管束35连通。空气管束35通过焊接或胀接与管束安装孔40相连接，从而将空气管束35对应安装在管束安装法兰，即第一连接件31和第二连接件32上。本实施例中，通过设置管束安装法兰，并将其上的管束安装孔40与空气管束35相连接，使得空气管束35与空气预热组件3的两端的安装更为便捷，操作简便，降低成本。在其他实施例中，第二连接部413和试验入口件42上的与进气过渡件41相连接的端口也可以是本领域技术人员能够想到的连接结构，达到彼此连
接紧固的技术效果。
77.以上实施例仅围绕环形燃烧室试验的进气装置1进行了说明，但基于以上设计的单头部、扇形燃烧室试验进气装置的实施例也均是本领域技术人员所能够理解和想到的范围，也均在本实用新型的保护范围之内。
78.一种航空发动机燃烧室试验设备，包括如上所述的进气装置1和燃烧室，燃烧室的用于排放燃气的排放口与进气装置1的燃气进口33连通，从而将燃烧室中排放的高温燃气通过排放口和燃气进口33导入进气装置1的空气预热组件3进行回收利用，降低了能源浪费。
79.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。