一种常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于高超声速风洞试验设备领域，公开了一种常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置。该分配装置采用一套高压冷却水供水系统，通过进水分水器和进水流量调节喉道，实现冷却水压力和流量的分配，既满足喷管喉道段水道内冷却水对中高压、流速快的要求，又满足喷管扩散段水道内冷却水对低压力、慢流速，保证有冷却水在夹层内部流动的要求。该分配装置满足了常规高超声速风洞高马赫数喷管喉道段高压冷却和喷管扩散段低压冷却的不同要求，简化了高马赫数喷管冷却水供水系统的复杂性，提高了运行与维护的简便性，并降低了研制成本。可推广应用于类似不同位置需要进行不同压力等级冷却的设备。同压力等级冷却的设备。同压力等级冷却的设备。

【技术实现步骤摘要】
一种常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置


[0001]本专利技术属于高超声速风洞试验设备领域，具体涉及一种常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置。

技术介绍

[0002]喷管是高超声速风洞的核心部件，是保证获得一定马赫数，一定均匀度气流的风洞重要部件，喷管流场品质性能要达到国军标相关要求才能用于高超声速飞行器地面测试试验，常规高超声速风洞喷管要满足长期使用要求。
[0003]常规高超声速风洞高马赫数喷管运行总温T0最高达800
°
C以上，运行压力P0最高达12MPa，运行时间在30秒以上，喷管需要冷却。如果不考虑喷管冷却措施或者冷却水流量、压力不匹配的话，在运行过程中喷管会出现材料烧蚀、变形等问题，继而造成喷管出口马赫数分布不均匀，导致试验段流场性能指标达不到相关国军标要求，喷管无法投入到飞行器型号地面试验研究应用。
[0004]高马赫数喷管在产生高超声速流动的运行过程中，内部气流的压力和温度随着马赫数的增加而减小，即喷管入口处气流温度为运行总温T0，在喷管喉道最小处之前，其内部温度T
w
接近于运行总温T0；在喷管喉道最小处之后，随着距离喉道的距离增加，内部温度T
w
急剧下降，喷管出口处的T
w
远低于运行总温T0。
[0005]因此，在对高马赫数喷管采取冷却时，喉道段一般采用中高压冷却水强制水冷，需要的冷却水压力高，流速快，流量大；喉道段以后的喷管扩散段一般采用低压冷却水就可以满足要求，要求的冷却水压力低，流速慢，保证有冷却水在夹层内部流动即可。
[0006]目前，常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却方式通常采用两套冷却水供水系统来满足喷管喉道段高压冷却和喷管扩散段低压冷却的要求，中高压冷却水供水系统用于喷管喉道段高压冷却，低压冷却水供水系统用于喷管扩散段低压冷却。风洞运行时需要两套供水系统全部开启。
[0007]常规高超声速风洞高马赫数喷管的冷却水供水系统和分配方式存在以下不足之处：a.冷却水供水系统复杂，占用设备厂房的空间大。需要分别配套一套中高压水泵来满足中高压供水，配套一套低压水泵来满足低压供水，需要的水泵设备安装空间大。
[0008]b.设备运行与控制繁琐。需要分别配置两套不同电压等级和容量的供配电系统和两套独立的水泵运行控制系统，风洞运行时需要同时开启两套冷却水供水系统。
[0009]c.供水管路系统复杂，压力规格多。需要铺设中高压供水管路满足喷管喉道段冷却要求，采用中高压力规格的供水管道管件、阀门和仪器仪表；还需要铺设低压供水管路满足喷管扩散段冷却要求，采用低压力规格的供水管道管件、阀门和仪器仪表。
[0010]d.冷却水供水系统造价成本高，安装繁琐周期长。
[0011]鉴于上述不足，亟需发展一种常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置。
的口径根据喷管部段冷却所需冷却水压力和流量确定；当喷管部段冷却需求发生变化或者更换不同喷管时，通过调节不同流量调节喉道的口径实现冷却需要。
[0018]进一步地，进水管道、出水管道以及流量调节喉道数目与需要冷却的喷管部段数目相同，不同口径的高马赫数喷管根据结构和加工制造需要，喷管喉道段分为1段、2段或者若干段，喷管扩散段分为1段、2段或者若干段，配置的进水管道、出水管道以及流量调节喉道数目做相应调整。
[0019]本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置，采用一套高压冷却水供水系统，通过进水分水器和进水流量调节喉道，实现冷却水压力和流量的分配，既满足喉道段对中高压、流速快的冷却要求，又满足喷管扩散段对低压力、慢流速，保证有冷却水在夹层内部流动的冷却要求。
[0020]本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置中的高压水泵的水泵扬程一般大于2.5MPa，高压水泵的流量参数根据喷管喉道段、喷管扩散段的不同位置在满足其冷却水流道内的压力和速度要求情况下所需的流量总和确定，并需要额外考虑10%的管道压力损失。
[0021]本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置中的高压供水管路和各阀门参数的选择原则是，高压供水管路与各阀门压力的等级与高压水泵的水泵扬程一致，高压供水管路与各阀门的通径根据喷管喉道段和喷管扩散段所需要的冷却水总流量进行计算，需要配置一套截止阀用于冷却水开关，配置一台节流阀用于冷却水流量调节，配置一个压力表用于监测进水分配器内冷却水压力。
[0022]本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置中的进水分配器连接有4根进水管道（根据需要进水管道数目可以调整），每根进水管道配置有口径不同的流量调节喉道，实现高马赫数喷管不同位置冷却水压力控制。出水汇总器，连接有对应的4根出水管道（根据需要出水管道数目可以调整，与进水管道相同），相同冷却水压力的出水管道与进水管道一一对应，并配置相同口径的流量调节喉道，实现高马赫数喷管不同位置的冷却水循环。
[0023]本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置中的流量调节喉道，根据高马赫数喷管不同位置冷却水压力需求，确定流量调节喉道的口径，一般取流量调节喉道Ⅰ的口径为进水管道口径D1，即使得流量调节喉道Ⅰ的进水管道的冷却水压力与进水分配器保持一致，而后随着流量调节喉道的口径的减小（即D1>D2>D3），冷却水压力依次递减。另外，不同口径的流量调节喉道成对地安装在相同冷却水压力的进水管道和出水管道上，用于保持不同压力冷却水循环稳定。
[0024]本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置中的冷却水夹层，用于流通喷管不同压力的冷却水，实现喷管不同位置的循环冷却。
[0025]本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置具有以下特点：a.采用一套高压供水系统，通过进水分配器和流量调节喉道进行流量分配，即满足了高马赫数喷管喉道段中高压冷却要求，又实现了高马赫数喷管扩散段低压冷却要求；b.供水系统配套简单，仅需一套供水管路与阀门系统，即可实现高马赫数喷管不同位置的冷却要求；c.配电与控制系统配套简单，仅需一套水泵供配电系统和控制系统，运行与维护
方便；d.能够降低高马赫数喷管冷却水供水系统的投资成本，缩短系统安装周期；e.能够通过增减或者更换流量调节喉道，实现喷管不同位置冷却水压力的调节，可满足不同高马赫数喷管的冷却需要，具有较强的可拓展性和较广的适用范围。
[0026]本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置，满足了常规高超声速风洞高马赫数喷管喉道段高压冷却和喷管扩散段低压冷却的不同要求，简化了高马赫数喷管冷却水供水系统的复杂性，提高了运行与维护的简便性，并降低了研制成本。可推广应用于类似不同位置需要进行不同压力等级冷却的设备。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置中的冷却水进水管路系统示意图；图2为本专利技术的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置中的冷却水出水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
（2）的流道内的冷却水压力范围为1.0～1.5MPa，喷管扩散段Ⅰ（3）和扩散段Ⅱ（4）的流道内的冷却水压力范围为0.4～0.6MPa。5.根据权利要求1所述的常规高超声速风洞高马赫数喷管冷却水的分配装置，其特征在于，流量调节喉道Ⅰ（14）、流量调节喉道Ⅱ（15）、流量调节喉道Ⅲ（16）和流量调节喉道Ⅳ（17）的口径根据喷管部段冷却所需冷却水压力和流量确定；当喷管部段冷却需求发生变化或者更换不同喷管时，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：范孝华，孙启志，杨波，陈映东，凌岗，巣根明，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：