一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器制造技术

本发明专利技术提供一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器，引射器接口为被引射气流入口、引射气流入口和混合气流出口，引射器内部由环隙结构扩压系统呈蜂窝状排列组成。工作原理为：高压引射气流进入压力室，通过各单元环隙加速喷出，形成超声速射流，在扩压管内引射气流与被引射气流进行混合、扩压变成亚音速气流，最终以较小的压力损失排出。该引射器相比多级串联环形引射器，具有主次流横向掺混距离短、引射效率高、结构紧凑等特点；相比多喷管引射器，具有排气干扰相混小、压力损失小、引射性能更优等特点。

【技术实现步骤摘要】
一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器
本专利技术涉及空气动力学领域，具体而言，涉及一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器。
技术介绍
引射器是一种流体控制装置，能够对低压力气体增压和具备抽真空能力，广泛应用于风洞、试验台、化学激光器领域；对于超声速引射器，引射气流以超声速状态进入混合室与被引射气流混合，内部流场极其复杂，涉及超声速剪切层，激波边界层干扰等多种复杂流动现象，而且这些流动现象还相互作用和干扰，目前，对于引射器的设计和性能预测，还没有十分可靠的办法。多年来，人们使用理论计算、数值模拟、试验方法进行研究，并形成了很多科研成果，在风洞设备上成熟应用引射器，具有代表性的单位是中国空气动力研究与发展中心(CARDC)和中国航天空气动力技术研究院(CAAA)。CARDC应用引射器的时间较早，20世纪60年代建成的FL-31常规高超声速风洞，采用3级环形引射器，耗气量大，效率低，通过研究认为，随引射器尺度增大，一、二次流之间的横向混合距离增加，效率降低。1993年，CARDC建成的2m亚跨超风洞采用多喷管引射器，在混合室内多喷管射流与被引射气流混合，缩小了掺混距离，混合流通过扩压段排出，提高了引射效率，很好满足低超声速风洞试验，结果表明，此类混合的方法，仅适用于一次流Ma数较低的情况，在一次流Ma数较高的情况下，会带来较大的压力损失。后来研究发现，多喷管引射气流汇聚在一个混合室，这类方法主要考虑增强混合，较少考虑压力恢复性能，在速度较低的领域应用比较有效。CAAA是应用引射器最早的单位之一，FD-02、03、07高超声速风洞都是用环形引射器作为增压排气系统，引射器技术属于50、60年代水平。“九五”期间，CAAA研究多级多喷管中心引射器，把研究成果具体应用到设备中，完成FD-12风洞多喷管引射器建设，但技术手段与CARDC的2m风洞引射器基本一致。1993年底，701所(CAAA前身)曾组团到俄罗斯的中央流体力学研究院(TsAGI)进行考察，得知研制出了一种多喷管中心引射器，并且给出技术指标，一个内含45个小喷管的多喷管中心引射器，抽吸真空的能力可达300Pa；当此引射器用到高超声速风洞时，相当于一个四级环形引射器。当时，俄罗斯在此
国际领先，对此技术是保密的。CAAA的王铁进、朱孝业等对于多级多喷管中心引射器技术展开研究，并指出多级多喷管中心引射器技术是一项新的引射器技术，提出用串联方式研制高增压比引射器，后来，使用多喷管共用混合室的方式，建设了1台三级引射器，应用到CAAA的FD-16风洞中，但是其多喷管混合的技术特点依旧沿用FD-12风洞引射器的形式。CARDC的任泽斌等在《新型引射器技术研究》一文中指出，以超声速气体引射器为主体的引射型压力恢复系统，则是替代大型真空罐的最佳选择，提出阵列式模块化引射器技术研究，方案是将单台大口径引射器分成多台并联的小口径引射器，既能有效地减小长度尺寸，增加横向尺寸，使系统紧凑小型化，还能通过开启或关闭部分引射器模块，调节系统引射能力。同时，指出这种引射器存在的问题，在阵列式引射系统中，多台引射器的入口和出口分别并联在一起，导致各台引射器入口的被引射气流以及出口的排气反压相互干扰，特别是在引射器的启动阶段，启动较晚的模块需要的启动压力可能会大大高于设计压力，严重时甚至不能启动。为解决模块间干扰的问题，CARDC的任泽斌等给出的建议是，1、把各模块的入口和出口分别隔离，如安装真空阀；2、严格控制各模块启动的同步性，使各模块同时建立流场；3、为实现单通道向多通道的过渡和均匀分流，在引射器与扩压器之间设置了稳压腔式的过渡段，过渡段设计时尽量降低气流速度，并配置空心分流隔板，实现被引射器流的均匀分配，以期分流过程压力损失达到最小。由于增加辅助设备，这种引射系统体积庞大，根本达不到引射器小型化的要求，实现起来成本很高；整套引射器系统构型复杂、加工难度大，目前还没有见到此类引射器的成功应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种超声速引射器，满足引射系统小型化的要求，用于大型风洞、试车台、化学激光器等设备的排气增压，结构简单，装配容易实现，启动压力低，引射效率高。本专利技术所采用的技术方案是：一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器，该引射器包括入口管、前固定板、压力室壳体、进气口、后固定板和出口管和N个环隙扩压单元，N≥1，其中：前固定板、压力室壳体、后固定板三者形成空腔，作为压力室；进气口固定安装在压力室壳体上，用于连接引射器的引射气流进气管道，引射气流从外部进气管道进入压力室；N个环隙扩压单元并列固定在前固定板和后固定板之间，呈蜂窝状排列；被引射气流从入口管进入，引射气流均匀进入压力室，通过各环隙扩压单元环隙加速喷出，形成超声速射流，在各环隙扩压单元内引射气流与被引射气流进行混合、扩压变成亚音速气流，最终以较小的压力损失从出口管排出。所述环隙扩压单元包括吸入管和扩压管，吸入管的排气端位于扩压管进气端内部，与扩压管内壁之间存在一定间隙，形成环隙结构。所述吸入管固定安装在前固定板上，扩压管固定安装在后固定板上。所述吸入管进气端外部轮廓在入口管内组成六边形蜂窝结构，内部为六边形向圆形过渡的收缩管道。所述扩压管排气端在出口管内成六边形蜂窝结构布局。所述N个环隙扩压单元为不同的引射Ma数。所述扩压管的长径比取值范围为4～12。所述环隙扩压单元的引射面积比的取值范围是0.3～0.5。所述扩压管的入口角的取值范围是：5°～15°。所述扩压管出口角的取值范围是：4°～7°。本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)、本专利技术采用并联方式，不是简单的把大口径引射器分割成小口径引射器，在解决缩小横向掺混距离，提高引射效率问题的同时，在布局上，解决引射器的能量分配方式，更有利于引射器的启动；这种结构，引射器流量同时进入引射喷管，进气口流量分配均匀；(2)、本专利技术超声速引射器由单元模块组成，各单元模块内，主、被动气流在收缩段内实现掺混，然后在超声速扩压器中，使得超声速流动在强烈的逆压梯度环境下，变为亚声速；(3)、本专利技术由于在单元模块小的扩压管进行混合，大幅减小一、二次流之间横向掺混距离，提高引射效率，在模块引射器出口，接亚声速扩压段，气流进一步升压；(4)、本专利技术由于小尺度的混合扩压，大大增加了引射气流和被引射器流的接触面，加强了主、被动气流的掺混过程，缩短了混合室的长度，提高了引射效率；(5)、本专利技术多喷管超声速引射器进气端为实现单通道向多通道的过渡和均匀分流，采用蜂窝状结构，进气分配均匀，基本实现了被引射器流的均匀分配，且分流过程压力损失小，对于启动性能有大幅度的改善，确保引射器单元同时启动；排气端采用蜂窝状结构布局，排气相混干扰小，降低了压力损失；(6)、本专利技术通过单喷管混合、扩压功能，易于调试确定气动参数，有利于设计不同增压比和不同启动压力的引射系统；而且，模块的轴对称特点非常适合加工制造高Ma数喷管，有利于形成不同Ma数喷管组成的引射系统；(7)、本专利技术结构紧凑，便于加工，由于吸入管和扩压管安装在固定板上，径向距离靠固定板上的定位孔保证，引射器流的喷管喉道大小由轴向距离确定，减少了单引射器安装误差的影响，引射器模块的组合尺寸合理，一致性好；(8)、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器，其特征在于包括入口管(1)、前固定板(3)、压力室壳体(5)、进气口(6)、后固定板(9)和出口管(10)和N个环隙扩压单元，N≥1，其中：前固定板(3)、压力室壳体(5)、后固定板(9)三者形成空腔，作为压力室；进气口(6)固定安装在压力室壳体(5)上，用于连接引射器的引射气流进气管道，引射气流从外部进气管道进入压力室；N个环隙扩压单元并列固定在前固定板(3)和后固定板(9)之间，呈蜂窝状排列；被引射气流从入口管(1)进入，引射气流均匀进入压力室，通过各环隙扩压单元环隙加速喷出，形成超声速射流，在各环隙扩压单元内引射气流与被引射气流进行混合、扩压变成亚音速气流，最终以较小的压力损失从出口管(10)排出。

【技术特征摘要】
1.一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器，其特征在于包括入口管(1)、前固定板(3)、压力室壳体(5)、进气口(6)、后固定板(9)和出口管(10)和N个环隙扩压单元，N≥1，其中：前固定板(3)、压力室壳体(5)、后固定板(9)三者形成空腔，作为压力室；进气口(6)固定安装在压力室壳体(5)上，用于连接引射器的引射气流进气管道，引射气流从外部进气管道进入压力室；N个环隙扩压单元并列固定在前固定板(3)和后固定板(9)之间，呈蜂窝状排列；被引射气流从入口管(1)进入，引射气流均匀进入压力室，通过各环隙扩压单元环隙加速喷出，形成超声速射流，在各环隙扩压单元内引射气流与被引射气流进行混合、扩压变成亚音速气流，最终以较小的压力损失从出口管(10)排出。2.根据权利要求1所述的一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器，其特征在于所述环隙扩压单元包括吸入管(2)和扩压管(7)，吸入管(2)的排气端位于扩压管(7)进气端内部，与扩压管(7)内壁之间存在一定间隙，形成环隙结构。3.根据权利要求2所述的一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器，其特征在于吸入管(2)固定安装在前固...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭孝国，江泽鹏，
申请(专利权)人：中国航天空气动力技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11