一种基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器及其试验方法技术

本发明专利技术一种基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器及其试验方法，属于航空发动机温度畸变发生器领域；温度畸变发生器包括管组和试验段壳体，管组包括进气系统、供油系统、点火系统、爆震管组件、弯管组件；爆震管组件包括管组壳体和设置于其内的爆震管,爆震管的入口端设置有供油嘴和火花塞；所述管组壳体的出口端通过弯管组件通入试验段壳体内，用于向试验段壳体内通入燃气，使得通入燃气与试验段进气口通入的试验气体在相同流向掺混。本发明专利技术中的基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器利用爆震燃烧其温升率高、释热速率大的特性，可实现航空发动机进口处不同温升值、温升率、高温区范围的温度畸变。度畸变。度畸变。

【技术实现步骤摘要】
一种基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器及其试验方法


[0001]本专利技术属于航空发动机温度畸变发生器领域，具体涉及一种基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器及其试验方法。

技术介绍

[0002]在进行航空发动机设计时，气动稳定性是评估其性能优良的关键指标。由于各种影响因素会对发动机可用稳定裕度造成影响，故根据相关指南要求，对于飞行包线范围内的所有工况点，发动机都应具有一定量的稳定裕度。过往研究表明，总温畸变和总压畸变对气动稳定性存在决定性的影响。然而在现有的畸变影响研究中，国内外主要关注的是总压畸变，温度畸变相比于压力畸变在常规测试中更难以模拟，且跟飞机火力系统有关，民用飞机遇到温度畸变的可能性极小。但这并不意味温度畸变不重要，相反在军事应用方面温度畸变比压力畸变对发动机的气动稳定性会产生更大的影响。温度畸变一般会发生在以下情况：战斗机发射导弹时进气道对导弹火焰、气流吸入以及对其他飞机尾喷管中排出尾气吸入，舰载机弹射起飞时的蒸汽吸入。对直升机来说，当其在空中盘旋或降落时，由于吸入自己排出的尾气都可能会导致温度畸变。
[0003]为定量分析温度畸变对于气动稳定性的影响以及评估发动机抗温度畸变的性能，国内外一般采用温度畸变发生器进行试验研究。温度畸变发生器是一种模拟不同进气条件下温度畸变的装置，通过其在航空发动机进口产生温度畸变以测试发动机在不同进气条件下抗温度畸变的能力。为了模拟不同进气温度畸变，国内外相关研究机构设计研制了多种类型的温度畸变发生设备，其中应用较多的主要是其中两种温度畸变发生器。一种是美国阿诺德工程研究发展中心设计的Air Jet Distortion Generator,简称AJDG,其基本原理是将气流在外部的热交换器进行加热器，然后通过管道通入发动机进口，该装置最初用来研究发动机进口的压力畸变，但后来也用于温度畸变研究；第二种是NASA设计的燃烧器式的温度畸变发生器，这种畸变发生器工作原理是将燃料输送到发动机进口并点燃，生成的燃气作为温度畸变源，所使用的燃料一般为气态燃料，如甲烷、丙烷、氢气等，其中又以氢气应用最为广泛，其基本工作原理是将氢气通过管道输运到发动机进口进行燃烧，产生的高温燃气作为温度畸变源，可在高温区实现20
‑
400K的温升值以及10
‑
300K/s的温升率。但氢燃烧式的温度畸变发生器需将燃烧室布置在进气道内部，这既干扰了试验段气体的正常流动，也增加了布置的难度。
[0004]实际工程应用中，吸入武器发射时排放的尾气、垂直短距起降时的排气再吸入、吸入短舱回流气体、吸入前排飞机排出的废气等工况都会诱发不同程度的温度畸变，通常这一系列的温度畸变为瞬态畸变，以吸入武器发射时的尾气为例，其高温区的温升在350
‑
500K，温升率则可以高达2500K/s。
[0005]脉冲爆震燃烧是一种以爆震波极快的释热速度来实现快速化学反应的周期性过程。和传统燃烧产生的缓燃火焰相比，脉冲爆震燃烧产生的爆震波传播速度可达 1900m/s。

技术实现思路

[0006]要解决的技术问题：
[0007]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器及其试验方法，主要借助于脉冲爆震燃烧释热速率高、爆震波传播速度快等特点，模拟瞬态响应、高温升的温度畸变对于小涵道比军用涡扇发动机的气动稳定性的影响。
[0008]本专利技术的技术方案是：一种基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器，其特征在于：包括管组和试验段壳体，所述管组包括进气系统、供油系统、点火系统、爆震管组件、弯管组件；
[0009]所述爆震管组件包括管组壳体和设置于其内的爆震管,爆震管的入口端设置有供油嘴和火花塞；所述管组壳体的出口端通过弯管组件通入试验段壳体内，用于向试验段壳体内通入燃气，使得通入燃气与试验段进气口通入的试验气体在相同流向掺混；
[0010]所述弯管组件包括扩张段和弯段，所述扩张段的收敛口与管组壳体出口连接；所述弯段包括直段和90
°
的弯段，直段与扩张段的扩张口连接，90
°
的弯段伸入试验段壳体内，其出口轴向与试验段壳体轴向相同；
[0011]所述进气系统用于为爆震管组件进气口和试验段壳体进气口提供空气；所述供油系统和点火系统分别为爆震管组件的爆震管供油和点火。
[0012]本专利技术的进一步技术方案是：所述爆震管组件内包括多个并列设置的爆震管，同一相位的两根爆震管使用固定装置连接，固定装置的两端焊接在管组壳体的内壁上。
[0013]本专利技术的进一步技术方案是：所述爆震管长径比大于20。
[0014]本专利技术的进一步技术方案是：所述弯管组件的扩张段位于试验段壳体外，扩张段的面积扩张比为1.5～2，其长度不超过2倍爆震管管径；所述扩张段的流道为直线扩张型或钟型扩张式。
[0015]本专利技术的进一步技术方案是：所述温度畸变发生器包含多个管组，各管组的弯段出口的位置分布避免相互干涉；在周向方向上，不同管组的出口应减小重叠投影面积；管组之间的水平距离大于300mm；在轴线方向上，弯段出口应与试验段的轴线方向平行；弯段出口距离发动机进口大于4倍的发动机进口直径。
[0016]本专利技术的进一步技术方案是：所述进气系统由气源、控制电路、管道构成；所述供油系统由油库、控制电路、氮气增压器、油路、供油嘴构成，油库的燃油由氮气加压后经油路输送至供油嘴喷出；所述点火系统由控制电路和火花塞构成，火花塞包含射流器。
[0017]本专利技术的进一步技术方案是：所述供油嘴距离爆震管进口的距离为2～3倍爆震管管径；火花塞距离爆震管进口的距离为6倍爆震管管径；所述火花塞和供油嘴的相位差在0～60
°
之间变化，火花塞伸入爆震管内壁的深度在10～25mm之间调节。
[0018]一种基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器的试验方法，其特征在于具体步骤如下：
[0019]步骤1：向所述试验段进气口通入主流空气；
[0020]步骤2：向所述爆震管进气口通入爆震管所需要的空气；
[0021]步骤3：爆震管内喷油、点火进行燃烧，燃气通过依次通过弯管组件的扩张段、弯段后，被排入试验段壳体与试验段气流进行掺混；
[0022]步骤4：掺混后的高温气体经试验段壳体内传播后，通过试验段壳体出口通入发动
机进口；
[0023]步骤5：同时，设置在发动机进口的温度和压力测量系统记录不同时刻下各测点的温度和压力数据；
[0024]步骤6：记录下的数据进入数据处理系统，后处理得到温升值、温升率、温度畸变范围、温度畸变强度。
[0025]本专利技术的进一步技术方案是：对于10～150K/s的低温升温度畸变试验，利用一个管组即可达到理想的温升、温升率要求。试验段进气口通入试验气体，保持流量稳定。爆震管进气口通入燃烧所需空气，待温度和压力测量系统示数稳定后喷油、点火进行燃烧，燃烧后得到的燃气经扩张段减压增速后，经过弯段排入试验段，与试验段气流进行掺混。在试验段进行本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器，其特征在于：包括管组和试验段壳体，所述管组包括进气系统、供油系统、点火系统、爆震管组件、弯管组件；所述爆震管组件包括管组壳体和设置于其内的爆震管,爆震管的入口端设置有供油嘴和火花塞；所述管组壳体的出口端通过弯管组件通入试验段壳体内，用于向试验段壳体内通入燃气，使得通入燃气与试验段进气口通入的试验气体在相同流向掺混；所述弯管组件包括扩张段和弯段，所述扩张段的收敛口与管组壳体出口连接；所述弯段包括直段和90
°
的弯段，直段与扩张段的扩张口连接，90
°
的弯段伸入试验段壳体内，其出口轴向与试验段壳体轴向相同；所述进气系统用于为爆震管组件进气口和试验段壳体进气口提供空气；所述供油系统和点火系统分别为爆震管组件的爆震管供油和点火。2.根据权利要求1所述基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器，其特征在于：所述爆震管组件内包括多个并列设置的爆震管，同一相位的两根爆震管使用固定装置连接，固定装置的两端焊接在管组壳体的内壁上。3.根据权利要求1所述基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器，其特征在于：所述爆震管长径比大于20。4.根据权利要求1所述基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器，其特征在于：所述弯管组件的扩张段位于试验段壳体外，扩张段的面积扩张比为1.5～2，其长度不超过2倍爆震管管径；所述扩张段的流道为直线扩张型或钟型扩张式。5.根据权利要求1所述基于脉冲爆震燃烧的温度畸变发生器，其特征在于：所述温度畸变发生器包含多个管组，各管组的弯段出口的位置分布避免相互干涉；在周向方向上，不同管组的出口应减小重叠投影面积；管组之间的水平距离大于300mm；在轴线方向上，弯段出口应与试验段的轴线方向平行；弯段出口距离发动机进口大于4倍的...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄希桥，肖治邑，郑龙席，王凌羿，卢杰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：