一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置，包括同轴依次连接的尾室和引射器；尾室包括大尾室和可更换小尾室，大尾室包括同轴连接的尾室收敛段，尾室等直段和尾室扩张段，可更换小尾室同轴设置在尾室收敛段内，引射器包括同轴连接的低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，低压室内同轴连接有引射气流输入段，引射气流收敛段，引射气流等直段，引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，尾室扩张段的出口与低压室的入口连接；尾室收敛段设置在高空模拟舱内，掺混扩张段设置在高空模拟舱外。本发明专利技术的排气装置可以满足不同超音速发动机在地面模拟高空飞行状态的试验要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种排气装置，尤其是一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置。
技术介绍
当在地面模拟超音速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，这就需要即时将超音速发动机排出的气体排出高空模拟舱，现有技术中，通常采用引射器或真空罐进行抽气，而高空模拟舱外的压力通常为0.11MPa，而超音速发动机飞行高度的环境压力则仅为大气压力的0.1倍，甚至0.01倍，排气系统的增压比要达到10到100，对应的排气系统进口的流量每秒则高达十几千克甚至上百千克，这样大的增压比和被引射流量，仅靠引射器的增压，必须三到四级串联，如果采用真空罐，则真空罐的体积要高达上万立方米，由此可见，无论单独采用引射器或真空罐作为抽气设备，均需要庞大的结构，不仅效率低下，费用也十分昂贵；其次，发动机试车台通常需对多种发动机进行高空飞行模拟，而不同的发动机，发动机的尺寸、发动机尾喷管尺寸、发动机出口流量均不同，使用一套抽气设备，无法满足多种发动机的试验要求；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。
技术实现思路
本专利技术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超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置以满足不同超音速发动机在地面模拟高空飞行状态的试验要求。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置，按照发动机尾喷管出口排气流动方向包括同轴依次固定连接的尾室和引射器；所述尾室包括固定大尾室和可更换小尾室，按照发动机尾喷管出口排气流动方向，所述固定大尾室包括同轴依次固定连接的尾室收敛段，尾室等直段和尾室扩张段，所述可更换小尾室设置在尾室收敛段内，并与所述尾室收敛段同轴固定连接；所述尾室收敛段、尾室等直段、尾室扩张段和可更换小尾室均为中空回转体；按照发动机尾喷管出口排气流动方向，所述引射器包括同轴依次固定连接的低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，所述低压室内按照发动机尾喷管出口排气流动方向依次同轴固定连接有引射气流输入段，引射气流收敛段，引射气流等直段，引射气流扩张段，所述低压室，过渡段，掺混收敛段，掺混等直段，掺混扩张段，引射气流输入段，引射气流收敛段，引射气流等直段，引射气流扩张段均为中空回转体，所述引射气流输入段的中心线与所述低压室的中心线重合，所述低压室的出口截面与所述引射气流扩张段的出口截面在同一竖直面，所述尾室扩张段的出口与低压室的入口固定连接；设置有发动机尾喷管的超音速发动机和所述尾室收敛段设置在高空模拟舱内，所述掺混扩张段设置在高空模拟舱外。进一步的，固定大尾室上设置有用于冷却发动机尾喷管出口排气的喷水冷却装置。进一步的，所述可更换小尾室包括同轴固定连接的小尾室法兰和小尾室筒体，所述小尾室筒体设置在所述尾室收敛段内，所述小尾室法兰和固定设置在所述尾室收敛段入口的固定大尾室法兰通过螺栓固定连接。进一步的，所述引射气流输入段一端固定连接有导流锥，所述导流锥的中心线与所述引射气流输入段的中心线重合，所述导流锥的顶点在所述低压室入口截面上；所述引射器包括引射气流输送管道，所述引射气流输送管道一端与所述引射气流输入段连接，另一端与高压气源连接。所述尾室收敛段入口的直径为Dw，收敛角为αwr；所述尾室等直段的直径Dwkp，长度为Lwkp；所述尾室扩张段出口的直径为Dwc，扩张角为αwc；所述Dw，Dwkp，Lwkp满足下列方程组：Mw=[2k-1(π(Mw)-(k-1)k-1)]0.5---(1);]]>π(Mw)=PwPt5---(2);]]>Dw=[(1+k-12MW2)k-12(k-1)/0.5Mw(k+1)(k+1)2(k-1)]0.5d4kp---(3);]]>P‾tws=[(k+1)MW2(k-1)Mw2+2]kk-1[k+12kMw2-k+1]1k-1---(4);]]>q(Mw)=MW(0.5(k+1))(k+1)/2(k-1)(1+0.5(k-1)MW2)(k+1)/2(k-1)---(5);]]>Dwkp=d4kp(q(Mw)p‾tws)0.5---(6);]]>Lwkp＝4Dwkp(7)；上述方程组中：Mw：尾室收敛段入口马赫数；k：比热比；π(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的静压与总压比值；Pw：尾室收敛段入口马赫数对应的静压，单位为pa；Pt5：尾室收敛段入口马赫数对应的总压，单位为pa；Dw：尾室收敛段入口的直径，单位为mm；d4kp：发动机喉道直径，单位为mm；尾室收敛段入口马赫数对应的正激波后与正激波前的总压比；q(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的速度系数；Dwkp：尾室等直段的直径，单位为mm；Lwkp：尾室等直段的长度，单位为mm；其中，尾室收敛段入口马赫数对应的静压与超音速发动机高空飞行时真实的环境压力相同，尾室收敛段入口马赫数对应的总压与超音速发动机的发动机尾喷管的出口马赫数对应的总压相同，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数大于1，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数对应的总压，超音速发动机高空飞行时真实的环境压力，比热比以及发动机喉道直径为超音速发动机固有的已知参数，上述方程组中的参数：Mw，k，π(Mw)，Pw，Pt5，Ww，d4kp，q(Mw)，Dwkp，Lwkp均为发动机试车台中所有试验的发动机中，发动机尾喷管出口流量最大的发动机对应的参数；所述收敛角满足：0＜αwr≤12°；所述扩张角满足0＜αwc≤12°。进一步的，所述可更换小尾室(15)的直径为Dwx，所述Dwx满足下列方程组：Mwx=[2k-1(π(Mwx)-(k-1)k-1)]0.5---(8);]]>π(Mwx)=PwxPt5x---(9);]]>Dwx=[(1+k-12MWx2)k-12(k-1)/0.5Mwx(k+1)(k+1)2(k-1)]0.5d4kpx---(10);]]>上述方程组中：Mwx：可更换小尾室入口马赫数；π(Mwx)：可更换小尾室入口马赫数对应的静压与总压比值；Pwx：可更换小尾室入口马赫数对应的静压，单位为pa；Pt5x：可更换小尾室入口马赫数对应的总压，单位为pa；Dwx：可更换小尾室入口直径，单位为mm；d4kpx：除发动机出口流量最大的试验发动机以外的试验的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置，其特征在于，按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向，所述排气装置包括同轴依次固定连接的尾室(10)和引射器(20)；所述尾室(10)包括固定大尾室和可更换小尾室(15)，按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向，所述固定大尾室包括同轴依次固定连接的尾室收敛段(11)，尾室等直段(12)和尾室扩张段(13)，所述可更换小尾室(15)设置在尾室收敛段(11)内，并与所述尾室收敛段(11)同轴固定连接；所述尾室收敛段(11)、尾室等直段(12)、尾室扩张段(13)和可更换小尾室(15)均为中空回转体；按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向，所述引射器(20)包括同轴依次固定连接的低压室(21)，过渡段(22)，掺混收敛段(23)，掺混等直段(24)，掺混扩张段(25)，所述低压室(1)内按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向依次同轴固定连接有引射气流输入段(26)，引射气流收敛段(27)，引射气流等直段(28)，引射气流扩张段(29)，所述低压室(21)，过渡段(22)，掺混收敛段(23)，掺混等直段(24)，掺混扩张段(25)，引射气流输入段(26)，引射气流收敛段(27)，引射气流等直段(28)，引射气流扩张段(29)均为中空回转体，所述引射气流输入段(26)的中心线与所述低压室(21)的中心线重合，所述低压室(21)的出口截面与所述引射气流扩张段(29)的出口截面在同一竖直面，所述尾室扩张段(13)的出口与低压室(21)的入口固定连接；设置有发动机尾喷管(3)的超音速发动机(2)和所述尾室收敛段(11)设置在高空模拟舱(1)内，所述掺混扩张段(25)设置在高空模拟舱(1)外。...

【技术特征摘要】
1.一种超音速发动机尾喷管排气模拟试验的排气装置，其特征在于，按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向，所述排气装置包括同轴依次固定连接的尾室(10)和引射器(20)；所述尾室(10)包括固定大尾室和可更换小尾室(15)，按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向，所述固定大尾室包括同轴依次固定连接的尾室收敛段(11)，尾室等直段(12)和尾室扩张段(13)，所述可更换小尾室(15)设置在尾室收敛段(11)内，并与所述尾室收敛段(11)同轴固定连接；所述尾室收敛段(11)、尾室等直段(12)、尾室扩张段(13)和可更换小尾室(15)均为中空回转体；按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向，所述引射器(20)包括同轴依次固定连接的低压室(21)，过渡段(22)，掺混收敛段(23)，掺混等直段(24)，掺混扩张段(25)，所述低压室(1)内按照发动机尾喷管(3)出口排气流动方向依次同轴固定连接有引射气流输入段(26)，引射气流收敛段(27)，引射气流等直段(28)，引射气流扩张段(29)，所述低压室(21)，过渡段(22)，掺混收敛段(23)，掺混等直段(24)，掺混扩张段(25)，引射气流输入段(26)，引射气流收敛段(27)，引射气流等直段(28)，引射气流扩张段(29)均为中空回转体，所述引射气流输入段(26)的中心线与所述低压室(21)的中心线重合，所述低压室(21)的出口截面与所述引射气流扩张段(29)的出口截面在同一竖直面，所述尾室扩张段(13)的出口与低压室(21)的入口固定连接；设置有发动机尾喷管(3)的超音速发动机(2)和所述尾室收敛段(11)设置在高空模拟舱(1)内，所述掺混扩张段(25)设置在高空模拟舱(1)外。2.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，固定大尾室上设置有用于冷却发动机尾喷管(3)出口排气的喷水冷却装置。3.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，所述可更换小尾室(15)包括同轴固定连接的小尾室法兰(16)和小尾室筒体(17)，所述小尾室筒体(17)设置在所述尾室收敛段(11)内，所述小尾室法兰(16)和固定设置在所述尾室收敛段(11)入口的固定大尾室法兰(14)通过螺栓固定连接。4.根据权利要求1所述的排气装置，其特征在于，所述引射气流输入段(26)一端固定连接有导流锥(30)，所述导流锥(30)的中心线与所述引射气流输入段(26)的中心线重合，所述导流锥(30)的顶点在所述低压室(21)入口截面上；所述引射器包括引射气流输送管道(4)，所述引射气流输送管道(4)一端与所述引射气流输入段(26)连接，另一端与高压气源连接。5.根据权利要求3所述的排气装置，其特征在于，所述尾室收敛段(11)入口的直径为Dw，收敛角为αwr；所述尾室等直段(12)的直径Dwkp，长度为Lwkp；所述尾室扩张段(13)出口的直径为Dwc，扩张角为αwc；所述Dw，Dwkp，Lwkp满足下列方程组：Mw=[2k-1(π(Mw)-(k-1)k-1)]0.5---(1);]]>π(Mw)=PwPt5---(2);]]>Dw=[(1+k-12MW2)k-12(k-1)/0.5Mw(k+1)(k+1)2(k-1)]0.5d4kp---(3);]]>P‾tws=[(k+1)MW2(k-1)Mw2+2]kk-1[k+12kMw2-k+1]1k-1---(4);]]>q(Mw)=MW(0.5(k+1))(k+1)/2(k-1)(1+0.5(k-1)MW2)(k+1)/2(k-1)---(5);]]>Dwkp=d4kp(q(Mw)p‾tws)0.5---(6);]]>Lwkp＝4Dwkp(7)；上述方程组中：Mw：尾室收敛段入口马赫数；k：比热比；π(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的静压与总压比值；Pw：尾室收敛段入口马赫数对应的静压，单位为pa；Pt5：尾室收敛段入口马赫数对应的总压，单位为pa；Dw：尾室收敛段入口的直径，单位为mm；d4kp：发动机喉道直径，单位为mm；尾室收敛段入口马赫数对应的正激波后与正激波前的总压比；q(Mw)：尾室收敛段入口马赫数对应的速度系数；Dwkp：尾室等直段的直径，单位为mm；Lwkp：尾室等直段的长度，单位为mm；所述收敛角满足：0＜αwr≤12°；所述扩张角满足0＜αwc≤12°；其中，尾室收敛段入口马赫数对应的静压与超音速发动机高空飞行时真实的环境压力相同，尾室收敛段入口马赫数对应的总压与超音速发动机的发动机尾喷管的出口马赫数对应的总压相同，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数大于1，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数，超音速发动机的发动机尾喷管出口马赫数对应的总压，超音速发动机高空飞行时真实的环境压力，比热比以及发动机喉道直径为超音速发动机固有的已知参数，上述方程组中的参数：Mw，k，π(Mw)，Pw，Pt5，Ww，d4kp，q(Mw)，Dwkp，Lwkp均为发动机试车台中所有试验的发动机中，发动机尾喷管出口流量最大的发动机对应的参数。6.根据权利要求5所述的排气装置，其特征在于，所述可更换小尾室(15)的直径为Dwx，所述Dwx满足下列方程组：Mwx=[2k-1(π(Mwx)-(k-1)k-1)]0.5---(8);]]>π(Pwx)=PwxPt5x---(9);]]>Dwx=[(1+k-12MWx2)k-12(k-1)/0.5Mwx(k+1)(k+1)2(k-1)]0.5d4kpx---(10);]]>上述方程组中：Mwx：可更换小尾室入口马赫数；π(Mwx)：可...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵聚均，孙建，王文彬，朱红林，
申请(专利权)人：北京航天三发高科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11