[發明專利]環形燃燒室頭部流場試驗的模型試驗件及測量裝置

有效

• 申請號: 202010350400.0
• 申請日: 2020-04-28
• 公開（公告）號: CN111413102B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 劉濤;黃菁;李文高;李志;盧克乾
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01M15/02
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 劉宏

本發明公開了一種環形燃燒室頭部流場試驗的模型試驗件及測量裝置，模型試驗件包括安裝于測量裝置的氣流輸出端上的渦流器安裝盤、安裝于渦流器安裝盤上的火焰筒內環以及安裝于渦流器安裝盤上并環繞于火焰筒內環外的火焰筒外環，火焰筒內環與火焰筒外環之間形成用于模擬真實燃燒室的環形氣腔，且環形氣腔的尺寸與模擬試驗的真實燃燒室內火焰筒的尺寸相符，渦流器安裝盤上沿環形氣腔的周向布設有多個用于安裝渦流器的渦流器安裝孔，且渦流器安裝孔的布設間距與模擬試驗的真實燃燒室內渦流器的布設間距相等，從而使測量裝置的氣流輸出端輸出的氣流從安裝于渦流器安裝盤上的渦流器進入環形氣腔中，進而使環形氣腔中模擬形成真實燃燒室內的空氣流場。

技術領域

本發明涉及燃燒室流場試驗技術領域，特別地，涉及一種環形燃燒室頭部流場試驗的模型試驗件及測量裝置。

背景技術

燃燒室內流場對于航空發動機燃燒室而言至關重要，通常在很大程度上決定了燃油霧化與摻混、頭部燃燒組織、出口溫度分布等諸多方面。因此在燃燒室研制過程中經常要進行燃頭部流場試驗。

由于燃燒室結構復雜，內部空間狹小使得其內部流場測量變得極其困難。早期，人們運用皮托管/熱線熱膜儀對流場進行測量，但是它們屬于接觸式的單點測量，對流場有很大干擾并且測量精度不高。后來發展了激光測量方法，如激光多普勒測速儀(LaserDoppler Velocimetry，簡稱LDV)、相位多普勒粒子分析儀(Phase Doppler ParticleAnalyzer，簡稱PDPA)等，它們實現了非接觸式測量，對流場沒有干擾并且測量精度也獲得了極大的提高，但是他們仍然是單點測量，對于燃燒室內部強湍流流場而言，單點測量還存在很大的不足和缺陷。隨著計算機技術、激光技術、圖像處理技術的快速發展，粒子圖像測速技術(Particle Image Velocimetry，簡稱PIV)應運而生，它能夠實現非接觸、瞬態、全場流場的測量，并逐漸成為燃燒室內流場測量的主要手段。

現有技術缺點：1)現有燃燒室模型試驗件多為矩形頭部結構，未開展過全環燃燒室模型試驗件研究，無法較好的模擬真實燃燒室的曲率效應對流場的影響，且矩形結構的燃燒室模型試驗件兩端的頭部流場會受到壁面影響而失真，無法較真實的模擬兩個頭部流場之間的干擾情況。2)現有技術不能同時滿足不同型號、不同頭部數量的試驗件，試驗時需要更換不同焦距的測量鏡頭、夾具、以及轉接段，這種做法既浪費時間和資源，又存在試驗操作復雜和試驗效率低下的缺點，并且測量結果可信度和試驗重復性也不高，無法進行真實流動特性的精細化測量。3)現有PIV測量技術在測量燃燒室模型試驗件時，反光較強，信噪比低。

發明內容

本發明提供了一種環形燃燒室頭部流場試驗的模型試驗件及測量裝置，以解決現有的矩形頭部結構的模型試驗件安裝于現有的測量裝置上進行試驗時無法真實地模擬火焰筒的真實結構，且試驗操作復雜和試驗效率低下的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種環形燃燒室頭部流場試驗的模型試驗件，用于安裝于測量裝置的氣流輸出端上，以模擬真實燃燒室進行流場試驗，模型試驗件包括安裝于測量裝置的氣流輸出端上的渦流器安裝盤、安裝于渦流器安裝盤上的火焰筒內環以及安裝于渦流器安裝盤上并環繞于火焰筒內環外的火焰筒外環，火焰筒內環與火焰筒外環之間形成用于模擬真實燃燒室的環形氣腔，且環形氣腔的尺寸與模擬試驗的真實燃燒室內火焰筒的尺寸相符，渦流器安裝盤上沿環形氣腔的周向布設有多個用于安裝渦流器的渦流器安裝孔，且渦流器安裝孔的布設間距與模擬試驗的真實燃燒室內渦流器的布設間距相等，從而使測量裝置的氣流輸出端輸出的氣流從安裝于渦流器安裝盤上的渦流器進入環形氣腔中，進而使環形氣腔中模擬形成真實燃燒室內的空氣流場。

進一步地，火焰筒外環和火焰筒內環采用透光材質，使PIV測量系統發射的激光沿火焰筒外環的徑向透射至環形氣腔內并避免環形氣腔的內表面產生強烈的反射光。