[發明專利]高可靠性多葉片冷熱氣流摻混擾流裝置

有效

• 申請號: 201010620218.9
• 申請日: 2010-12-31
• 公開（公告）號: CN102042908A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 呂發正;李小平;肖虹;王魁;李榮;殷帥帥;唐敏;高強
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及一種冷熱氣流摻混擾流裝置。

背景技術

近年來，隨著航空航天技術的發展，尤其是一些高馬赫數、高性能吸氣式發動機，如超聲速巡航導彈動力系統用沖壓發動機的研制，需要先進的高溫、大流量地面直連式或者自由射流試驗設備來開展發動機的試驗研究，欲使空氣在進入被試產品時具有均勻的溫度場是一項困難的技術問題，特別是要求地面設備具有寬廣的運行條件時該問題顯得尤為突出。

在該類型地面設備研制過程中，為了模擬大氣滯止總溫，通常在該類設備的前端設置空氣加熱器以解決大流量空氣加熱的技術問題，在加熱器之后設置輔路摻混，會導致主路和輔路引起大的溫度梯度，如果這種溫度差持續發展到發動機燃燒室或者是自由射流噴管的入口，那就不可能期望在燃燒室的入口或者射流噴管的出口得到均勻的流場，從而影響試驗結果。為此，需要在加熱器與燃燒室或者自由射流噴管之間設置一種摻混擾流裝置，以提高發動機入口截面氣流溫度場的均勻性。

發明內容

為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種高可靠性多葉片冷熱氣流摻混擾流裝置。

本發明的技術解決方案是：一種高可靠性多葉片冷熱氣流摻混擾流裝置，其特征在于：包括可與管道內壁螺紋連接的外圈1、設置在外圈內壁上的擾流部件；所述擾流部件包括多個周向均勻分布平板形葉片2以及一個限位環3；所述多個葉片的一端部焊接于外圈內壁上且與來流方向成一定的夾角，多個葉片的另一端部為自由端且伸向外圈中心軸方向形成中心孔5；所述葉片自由端上設置有截面形狀大于限位環3的限位孔4，所述限位環3依次穿過每個葉片的限位孔。

上述外圈1是變截面管道且氣流入口的截面積大于氣流出口的截面積。

上述中心孔5的面積與氣流入口的截面積之比為0.15～0.3。

上述葉片與來流方向的夾角C為30～60°。

上述葉片與來流方向的夾角C為45°。

本發明的優點是：

1、本發明克服現有大流量、高溫模擬地面設備的氣流溫度場均勻性難以滿足要求的不足，提出一種多葉片擾流和變截面管道的靜態摻混方式，確定了一種大流量、高溫差、高可靠性的冷熱氣流摻混擾流裝置。該裝置可用于地面試驗設備，特別是吸氣式發動機地面試驗設備，如高溫、大流量地面直連式或自由射流試驗設備，安裝在加熱器之后；或其它產品用來進行大流量冷熱氣流摻混的摻混擾流裝置使用，確保流場具備高的溫度均勻性。

2、本發明摻混擾流裝置可以實現高溫燃氣流量5～20kg/s，總溫1700K，冷空氣流量3～50kg/s，溫度288K狀態下的高效摻混。

3、本發明摻混擾流裝置在結構上采用了多葉片內旋的分流結構，實現冷熱氣流穿過該裝置時發生分離、旋轉和摻混等一系列復雜的流動，增加冷熱氣流的湍流度，保證了摻混后氣流的溫度場偏差小于±25K，冷熱氣流摻混效率高、溫度均勻性好。

4、本發明在所有葉片上統一安裝限位環，當葉片受高溫空氣沖擊后膨脹時，增加葉片自由端的強度及整體結構的可靠性，同時，限位環還起到打散中心高溫氣流，強化冷熱空氣摻混的作用。

5、本發明整體結構緊湊，可靠性高，葉片為平板結構，無需特殊造型，易于加工。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是圖1的A-A剖視圖；

圖3是圖1的B-B剖視圖；

其中：1-外圈，2-葉片，3-限位環，4-限位孔，5-中心孔，6-螺紋。

具體實施方式

如圖1所示，本發明高可靠性多葉片冷熱氣流摻混擾流裝置，包括可與管道內壁螺紋連接的外圈1、設置在外圈內壁上的擾流部件；擾流部件包括多個平板形葉片2以及一個限位環3；多個平板葉片2沿外圈1內壁周向均勻布置，葉片2使氣流方向發生偏轉形成旋流。根據摻混冷熱氣流的流量、溫度不同，可以采用不同數量和高度的葉片方案。多個葉片的一端部焊接于外圈內壁上且與來流方向成一定夾角，該角度范圍一般在30～60°之間，最好采用45°。多個葉片的另一端部為自由端且伸向外圈中心軸方向形成中心孔5；葉片2的自由端可以充分釋放高溫引起的葉片熱應力；葉片自由端上設置有截面形狀大于限位環3的限位孔4，限位環3依次穿過每個葉片的限位孔，將所有葉片2連接成一個整體，該限位孔可以是矩形或圓形孔，限位環3與葉片2之間為活套連接，可提高葉片2自由端的強度和剛性，防止葉片2變形，同時增強氣流的擾動。。外圈1是變截面管道且氣流入口的截面積大于氣流出口的截面積，外圈1采用變截面管道以加強冷熱氣流徑向流動過程的摻混。中心孔5的面積與氣流入口的截面積之比為0.15～0.3。