一种宽工况范围的气流高温校准装置的制作方法

本发明属于温度计量，涉及一种宽工况范围的气流高温校准装置。

背景技术：

1、在各类高性能发动机、燃气轮机等的研制、生产试验与使用中，气流高温都是关键的测试参数，通常用于发动机、燃气轮机的性能评估、状态监控、燃烧诊断等。气流高温测量使用高温气流温度传感器，由于高温气流温度传感器在实际使用时存在各类稳态与动态误差，需要在气流高温校准装置上对其进行校准。高温气流温度传感器的使用工况范围宽，希望在校准时能够模拟其使用工况，因而要求气流高温校准装置具有足够宽的可调节工况范围，并且能够长时间连续运行，这也是气流高温校准装置与一般高温试验设备的不同之处。此外，与一般高温试验设备的不同之处还在于，气流高温校准装置需要具有良好的温场、流场品质，为此，通常需要增加耐热保温以及整流部段，因而对加热能力和材料的耐高温能力都提出了更高的要求。

2、现有的气流高温校准装置，通常采用两级燃烧的方式或一级电阻加热结合一级燃烧的方式产生相对较宽范围的气流温度，为保证在较宽的速度范围内燃烧充分，通常增加冷旁路和热旁路结构，但这样的设计仅适用于常压条件，对于高压条件，由于热旁路的存在，很难维持高压。另外，两级燃烧以及一级电阻加热结合一级燃烧的方式，在采用煤油和空气混合燃烧的情况下，都很难在试验段实现2300k的气流高温，现有的高温部段内衬材料也无法在2300k以上的温度下使用。综上所述，目前的气流高温校准装置，无法实现气流温度、速度、压力的全包线宽范围调节。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种宽工况范围的气流高温校准装置，能够在较宽的气流温度、速度、压力范围内调节，适用于2300k的气流高温校准。

2、本发明的一个方面提供一种气流高温校准装置，包括热校准风洞洞体、电阻加热器、电磁感应加热器、燃烧室和供油系统，

3、热校准风洞洞体分别与电阻加热器、电磁感应加热器、燃烧室相连，供油系统与燃烧室相连；

4、所述热校准风洞洞体用于为所述气流高温校准装置提供满足一定速度和压力要求的气流场，所述电阻加热器用于将气流预热到一定温度，所述电磁感应加热器用于将来自所述电阻加热器的气流进一步预热，所述燃烧室用于将煤油和来自所述电磁感应加热器的气流混合、燃烧，产生高温燃气流，为所述气流高温校准装置提供满足一定温度要求的气流场，所述供油系统用于为燃烧室供应作为燃料的煤油。

5、优选地，所述热校准风洞洞体包括进气阀门、进气管路、u型膨胀节、一级扩压段、一级稳定段、一级收缩段、二级扩压段、二级稳定段、二级收缩段、试验段、扩散段、排气段、排气阀门；

6、其中，进气阀门与进气管路的入口相连，进气管路的出口与电阻加热器的入口相连，电阻加热器的出口与u型膨胀节的入口相连，u型膨胀节的出口与电磁感应加热器的入口相连，电磁感应加热器的出口与一级扩压段的入口相连，一级扩压段、一级稳定段、一级收缩段、燃烧室、二级扩压段、二级稳定段、二级收缩段、试验段、扩散段、排气段、排气阀门依次首尾相连。

7、优选地，二级扩压段、二级稳定段、二级收缩段的内衬均采用高温改性陶瓷材料碳化硅-硼化锆-氧化铪，内衬外边包覆1o～200mm厚的氧化锆保温棉，保温棉外边包覆金属水冷壁；二级收缩段的进口截面积与出口截面积的比值为7～35，二级收缩段能够更换为2～3种出口直径。

8、优选地，所述电磁感应加热器包括发热芯体、保温层、隔热壳体、感应线圈、磁轭、耐压壳体、电源系统；

9、其中，电源系统与感应线圈相连，保温层包覆在发热芯体外层，隔热壳体包覆在保温层外层，感应线圈缠绕在隔热壳体外层，磁轭包覆在感应线圈外层，耐压壳体包覆在磁轭外层，并且耐压壳体的入口嵌套在发热芯体的出口外面。

10、优选地，发热芯体为圆孔蜂窝状结构，孔直径为3～6mm，孔间距为2～4mm，发热芯体的横截面外轮廓为圆角矩形，矩形的长宽比为1.5～2，圆角半径与矩形宽度的比值为0.1～0.3。

11、优选地，发热芯体的圆孔数量与芯体长度的乘积通过计算，其中n为圆孔数量，，为芯体长度，单位为mm，c为芯长系数，取值范围为42000～43000mm，ma为来流马赫数，取值范围为0.1～0.8，p为来流静压，单位为pa。

12、优选地，所述燃烧室包括喷嘴、旋流器、火焰筒、外机匣、点火器、前法兰、后法兰；

13、其中，喷嘴、旋流器分别与前法兰相连，旋流器位于喷嘴下游，火焰筒、外机匣的入口分别与前法兰相连，出口分别与后法兰相连，外机匣嵌套在火焰筒外面，点火器分别与外机匣、火焰筒相连。

14、优选地，喷嘴的数量为12个，共分为3级，低工况时3个喷嘴工作，中工况时6个喷嘴工作，高工况时12个喷嘴均工作；旋流器的数量为12个，每个旋流器包括15～18个直叶片，旋流角为45°，旋流器的入口直径为18～22mm，出口直径为24～28mm；火焰筒采用发散小孔冷却壁结构，孔径为0.4～0.6mm，孔的数量为9000～10000，孔的轴向间距与周向间距均为5～7mm。

15、优选地，所述气流高温校准装置还包括水冷系统和测控系统，所述水冷系统和测控系统与热校准风洞洞体相连，所述水冷系统用于为所述气流高温校准装置的高温部段进行冷却，所述测控系统用于采集校准数据和监控数据，进行所述气流高温校准装置的工况调节与控制。

16、根据本发明上述方面的宽工况范围的气流高温校准装置，能够在较宽的气流温度、速度、压力范围内进行调节，适用于2300k的气流高温校准。

技术特征：

1.一种宽工况范围的气流高温校准装置，其特征在于，包括热校准风洞洞体、电阻加热器、电磁感应加热器、燃烧室和供油系统，

2.如权利要求1所述的气流高温校准装置，其特征在于，所述热校准风洞洞体包括进气阀门、进气管路、u型膨胀节、一级扩压段、一级稳定段、一级收缩段、二级扩压段、二级稳定段、二级收缩段、试验段、扩散段、排气段、排气阀门；

3.如权利要求2所述的气流高温校准装置，其特征在于，二级扩压段、二级稳定段、二级收缩段的内衬均采用高温改性陶瓷材料碳化硅-硼化锆-氧化铪，内衬外边包覆10～200mm厚的氧化锆保温棉，保温棉外边包覆金属水冷壁；二级收缩段的进口截面积与出口截面积的比值为7～35，二级收缩段能够更换为2～3种出口直径。

4.如权利要求1-3中任一项所述的气流高温校准装置，其特征在于，所述电磁感应加热器包括发热芯体、保温层、隔热壳体、感应线圈、磁轭、耐压壳体、电源系统；

5.如权利要求4所述的气流高温校准装置，其特征在于，发热芯体为圆孔蜂窝状结构，孔直径为3～6mm，孔间距为2～4mm，发热芯体的横截面外轮廓为圆角矩形，矩形的长宽比为1.5～2，圆角半径与矩形宽度的比值为0.1～0.3。

6.如权利要求5所述的气流高温校准装置，其特征在于，发热芯体的圆孔数量与芯体长度的乘积通过计算，其中n为圆孔数量，l为芯体长度，单位为mm，c为芯长系数，取值范围为42000～43000mm，ma为来流马赫数，取值范围为0.1～0.8，p为来流静压，单位为pa。

7.如权利要求1-6中任一项所述的气流高温校准装置，其特征在于，所述燃烧室包括喷嘴、旋流器、火焰筒、外机匣、点火器、前法兰、后法兰；

8.如权利要求7所述的气流高温校准装置，其特征在于，喷嘴的数量为12个，共分为3级，低工况时3个喷嘴工作，中工况时6个喷嘴工作，高工况时12个喷嘴均工作；旋流器的数量为12个，每个旋流器包括15～18个直叶片，旋流角为45°，旋流器的入口直径为18～22mm，出口直径为24～28mm；火焰筒采用发散小孔冷却壁结构，孔径为0.4～0.6mm，孔的数量为9000～10000，孔的轴向间距与周向间距均为5～7mm。

9.如权利要求1-8中任一项所述的气流高温校准装置，其特征在于，还包括水冷系统和测控系统，所述水冷系统和测控系统与热校准风洞洞体相连，所述水冷系统用于为所述气流高温校准装置的高温部段进行冷却，所述测控系统用于采集校准数据和监控数据，进行所述气流高温校准装置的工况调节与控制。

技术总结
本发明公开了一种宽工况范围的气流高温校准装置，包括热校准风洞洞体、电阻加热器、电磁感应加热器、燃烧室和供油系统，热校准风洞洞体分别与电阻加热器、电磁感应加热器、燃烧室相连，供油系统与燃烧室相连；热校准风洞洞体用于为气流高温校准装置提供满足一定速度和压力要求的气流场，电阻加热器用于将气流预热到一定温度，电磁感应加热器用于将来自电阻加热器的气流进一步预热，燃烧室用于将煤油和来自电磁感应加热器的气流混合、燃烧，产生高温燃气流，为气流高温校准装置提供满足一定温度要求的气流场，供油系统用于为燃烧室供应作为燃料的煤油。本发明能够在较宽的气流温度、速度、压力范围内进行调节，适用于2300K的气流高温校准。

技术研发人员：赵俭,王毅,荆卓寅,刘琳琳,房健,索建秦
受保护的技术使用者：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11