一種試驗氣體污染對超音速燃燒室性能影響的試驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空發(fā)動機試驗技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種試驗氣體污染對超音 速燃燒室性能影響的試驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在超音速燃燒室技術(shù)研宄過程中，地面試驗具有關(guān)鍵性和基礎(chǔ)性的作用。地面試 驗要求模擬真實飛行環(huán)境所需的高焓氣體狀態(tài)，超音速燃燒室地面試驗數(shù)據(jù)外推應(yīng)用到 真實飛行條件的不確定性主要來自兩方面，即來流條件的差別和試驗?zāi)Ｐ偷牟顒e。前者除 與流場品質(zhì)問題相關(guān)外，主要是來流參數(shù)和試驗空氣組分的差別，即涉及到試驗空氣"污染 效應(yīng)"問題；后者主要是試驗?zāi)Ｐ统叨取⒔Y(jié)構(gòu)與飛行試驗?zāi)Ｐ偷牟顒e，即涉及到試驗?zāi)Ｐ?尺 度效應(yīng)"與結(jié)構(gòu)影響問題。與常規(guī)氣動力試驗、氣動熱結(jié)構(gòu)試驗相比，在超音速燃燒室性能 試驗中，"污染效應(yīng)"問題更為突出，由于其重要性和復(fù)雜性，一直受到了科研人員的廣泛關(guān) 注和持續(xù)研宄。
[0003] 現(xiàn)有公開的技術(shù)文獻(xiàn)中，如日本RJTF設(shè)備"ComparisonofScramjetEngine PerformanceinMach6VitiatedandStorage-HeatedAir[J].JournalofPropulsion andPower,Vol. 13 (5)，September-October, 1997. " ；美國維吉尼亞大學(xué)開展的對比試驗 "TestGasVitiationEffectsinaDuaI-ModeScramjetCombustor[J].Journalof PropulsionandPower,Vol. 23 (3) ,July-August2007." 均可視為嚴(yán)格對比試驗，S卩米用 純凈空氣，蓄熱式加熱或電阻加熱，和污染空氣來流在匹配重要參數(shù)的前提下進行對比試 驗，可有效地分離出試驗空氣中的凈"污染效應(yīng)"。
[0004] 上個世紀(jì)90年代，日本宇航院研宄人員在沖壓發(fā)動機試驗設(shè)備上進行了模擬 馬赫數(shù)6.0狀態(tài)下氫燃料超燃沖壓發(fā)動機的整機自由射流對比試驗，"Comparisonof ScramjetEnginePerformanceinMach6VitiatedandStorage-HeatedAir[J].Journal ofPropulsionandPower,Vol. 13(5)，September-October,l"7."。RJTF設(shè)備在模擬馬 赫數(shù)6. 0狀態(tài)時可選擇蓄熱加熱和燃燒加熱中任一種。這種污染對比試驗系統(tǒng)需要同時 具備燃燒加熱設(shè)備和純凈空氣加熱設(shè)備，使得試驗的成本較高。Virginia大學(xué)研宄人員 利用電阻加熱設(shè)備，針對氫燃料超聲速燃燒室開展了純凈空氣來流和H2OAXV污染空氣來 流下直連式對比試驗研宄，"TestGasVitiationEffectsinaDual-ModeScramjet Combustor[J].JournalofPropulsionandPower,Vol. 23 (3) ,July-August2007."。利 用其現(xiàn)有電阻加熱器可產(chǎn)生最高1300K左右的高焓純凈空氣來流，同時通過在電阻加熱器 進口空氣來流中添加H20、0)2污染組分并補入O2來模擬燃燒加熱污染空氣；因此具備在同 一設(shè)備、模型上開展模擬飛行馬赫數(shù)5. 0狀態(tài)下直連式燃燒室對比試驗?zāi)芰?。污染試驗?體中氧摩爾分?jǐn)?shù)為21%，并匹配兩種來流的燃燒室進口總溫。相關(guān)文獻(xiàn)中提到了維吉尼亞 大學(xué)所使用的污染氣體添加措施，但并未公開相關(guān)的技術(shù)資料，并且維吉尼亞大學(xué)所使用 的污染氣體添加措施中，污染組分中〇 2和CO2是在主流空氣加熱之前加入進去，會造成加 熱器氧化、老化加快，降低加熱器的使用壽命，增加試驗成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種試驗氣體污染對超音速燃燒室性 能影響的試驗系統(tǒng)；在純凈空氣試驗系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過在混合器內(nèi)添加水蒸氣和二氧化 碳污染組分，使得試驗系統(tǒng)具有在同一設(shè)備上開展模擬飛行馬赫數(shù)4. 0狀態(tài)下燃燒室污染 對比試驗?zāi)芰Α?br>[0006] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：包括純凈空氣試驗系統(tǒng)、污染氣體 添加系統(tǒng)、燃料供應(yīng)系統(tǒng)、混合器、噴管、燃燒室試驗?zāi)Ｐ停儍艨諝庠囼炏到y(tǒng)包括空氣氣 源、主路空氣流量調(diào)節(jié)閥、電阻加熱器，空氣氣源通過主路空氣流量調(diào)節(jié)閥與電阻加熱器連 接，混合器位于電阻加熱器與噴管之間，噴管與燃燒室試驗?zāi)Ｐ瓦B接；污染氣體添加系統(tǒng)包 括水添加系統(tǒng)、二氧化碳添加系統(tǒng)、氧氣添加系統(tǒng)，水添加系統(tǒng)中的水活塞缸與水加熱器連 接，二氧化碳添加系統(tǒng)中的二氧化碳?xì)庠磁c流量調(diào)節(jié)閥及附件連接，水添加系統(tǒng)與二氧化 碳添加系統(tǒng)通過管路和混合器連接，氧氣添加系統(tǒng)中的氧氣氣源通過流量調(diào)節(jié)閥及附件與 混合器連接；燃料供應(yīng)系統(tǒng)中的燃料罐通過流量調(diào)節(jié)閥與燃燒室試驗?zāi)Ｐ瓦B接；試驗步驟 如下：
[0007] (1)調(diào)節(jié)主路空氣流量調(diào)節(jié)閥和電阻加熱器功率，將空氣加熱至800~1000K，在 燃燒室試驗?zāi)Ｐ椭械牧鲌龇€(wěn)定后，開啟燃料供給系統(tǒng)，進行純凈空氣來流的超音速燃燒室 性能試驗；
[0008] (2)完成純凈空氣試驗后，調(diào)節(jié)主路空氣流量調(diào)節(jié)閥及電阻加熱器功率，當(dāng)電阻加 熱器出口空氣達(dá)到所需狀態(tài)后，開啟污染氣體添加系統(tǒng)，高溫空氣、二氧化碳、水蒸氣、氧氣 在混合器內(nèi)按一定比例混合均勻，混合器出口氣體的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)為21% ;其中，水加熱 器內(nèi)液態(tài)水被加熱至400~750°C的水蒸氣，噴入混合器；在燃燒室試驗?zāi)Ｐ椭械牧鲌龇€(wěn)定 后，開啟燃料供應(yīng)系統(tǒng)，按預(yù)定的時序控制向燃燒室試驗?zāi)Ｐ蛧娚洹⑷紵M行污染氣體來 流的超音速燃燒室性能試驗；
[0009] (3)根據(jù)采集到的超音速燃燒室試驗數(shù)據(jù)，分析污染組分水及二氧化碳對超音速 燃燒室性能的影響。
[0010] 有益效果
[0011] 本發(fā)明提出的一種試驗氣體污染對超音速燃燒室性能影響的試驗系統(tǒng)，通過在混 合器中添加經(jīng)由電阻加熱器輸供的高焓純凈空氣與水添加系統(tǒng)噴入的水蒸氣、二氧化碳添 加系統(tǒng)噴入的二氧化碳及氧氣添加系統(tǒng)噴入的氧氣充分混合，通過噴管進入到燃燒室試驗 模型中；燃料供應(yīng)系統(tǒng)按預(yù)定的時序控制向燃燒室試驗?zāi)Ｐ蛧娚?、燃燒，實現(xiàn)純凈空氣和污 染氣體的對比試驗，可有效地"分離"出試驗工質(zhì)組分組成差異、來流參數(shù)差別對超音速燃 燒室工作過程及性能的影響。在同一試驗車次中，可先進行純凈空氣試驗，再進行相應(yīng)的污 染氣體試驗，既提高了試驗效率，同時也節(jié)省了試驗成本。污染氣體添加系統(tǒng)的工作性能可 很好的滿足模擬Ma4飛行狀態(tài)下的燃燒室進口污染空氣參數(shù)。
【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明一種試驗氣體污染對超音速燃燒室性能影響 的試驗系統(tǒng)作進一步的詳細(xì)說明。
[0013]圖1為試驗氣體污染對超音速燃燒室性能影響的試驗系統(tǒng)示意圖。
[0014] 圖中：
[0015] 1.空氣氣源2.主路空氣流量調(diào)節(jié)閥3.電阻加熱器4.混合器5.噴管6.燃燒 室試驗?zāi)Ｐ?.氧氣氣源8.燃料罐9.水加熱器10.水活塞缸11.二氧化碳?xì)庠?2.氧 氣添加系統(tǒng)13.燃料供應(yīng)系統(tǒng)14.二氧化碳添加系統(tǒng)15.水添加系統(tǒng)
【具體實施方式】
[0016] 本實施例是一種試驗氣體污染對超音速燃燒室性能影響的試驗系統(tǒng)。
[0017] 以馬赫數(shù)4,總溫為880K，純凈空氣與污染氣體的對比試驗為例。表1為超音速燃 燒室進口各組分的摩爾分?jǐn)?shù)。
[0018] 表1超音速燃燒室進口狀態(tài)參數(shù)
[0019]
【主權(quán)項】
1. 一種試驗氣體污染對超音速燃燒室性能影響的試驗系統(tǒng)，其特征在于：包括純凈空 氣試驗系統(tǒng)、污染氣體添加系統(tǒng)、燃料供應(yīng)系統(tǒng)、混合器、噴管、燃燒室試驗?zāi)Ｐ?，純凈空?試驗系統(tǒng)包括空氣氣源、主路空氣流量調(diào)節(jié)閥、電阻加熱器，空氣氣源通過主路空氣流量調(diào) 節(jié)閥與電阻加熱器連接，混合器位于電阻加熱器與噴管之間，噴管與燃燒室試驗?zāi)Ｐ瓦B接； 污染氣體添加系統(tǒng)包括水添加系統(tǒng)、二氧化碳添加系統(tǒng)、氧氣添加系統(tǒng)，水添加系統(tǒng)中的水 活塞缸與水加熱器連接，二氧化碳添加系統(tǒng)中的二氧化碳?xì)庠磁c流量調(diào)節(jié)閥及附件連接， 水添加系統(tǒng)與二氧化碳添加系統(tǒng)通過管路和混合器連接，氧氣添加系統(tǒng)中的氧氣氣源通過 流量調(diào)節(jié)閥及附件與混合器連接；燃料供應(yīng)系統(tǒng)中的燃料罐通過流量調(diào)節(jié)閥與燃燒室試驗 模型連接；試驗步驟如下： (1) 調(diào)節(jié)主路空氣流量調(diào)節(jié)閥和電阻加熱器功率，將空氣加熱至800~1000K，在燃燒 室試驗?zāi)Ｐ椭械牧鲌龇€(wěn)定后，開啟燃料供給系統(tǒng)，進行純凈空氣來流的超音速燃燒室性能 試驗； (2) 完成純凈空氣試驗后，調(diào)節(jié)主路空氣流量調(diào)節(jié)閥及電阻加熱器功率，當(dāng)電阻加熱器 出口空氣達(dá)到所需狀態(tài)后，開啟污染氣體添加系統(tǒng)，高溫空氣、二氧化碳、水蒸氣、氧氣在混 合器內(nèi)按一定比例混合均勻，混合器出口氣體的氧氣摩爾分?jǐn)?shù)為21% ;其中，水加熱器內(nèi) 液態(tài)水被加熱至400~750°C的水蒸氣，噴入混合器；在燃燒室試驗?zāi)Ｐ椭械牧鲌龇€(wěn)定后， 開啟燃料供應(yīng)系統(tǒng)，按預(yù)定的時序控制向燃燒室試驗?zāi)Ｐ蛧娚?、燃燒，進行污染空氣來流的 超音速燃燒室性能試驗； (3) 根據(jù)采集到的超音速燃燒室試驗數(shù)據(jù)，分析污染組分水及二氧化碳對超音速燃燒 室性能的影響。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種試驗氣體污染對超音速燃燒室性能影響的試驗系統(tǒng)，通過在混合器中添加由電阻加熱器輸供的高焓純凈空氣與水添加系統(tǒng)噴入的水蒸氣、二氧化碳添加系統(tǒng)噴入的二氧化碳及氧氣添加系統(tǒng)噴入的氧氣充分混合；通過噴管進入到燃燒室試驗?zāi)Ｐ椭?，實現(xiàn)純凈空氣和污染氣體的對比試驗，可有效地“分離”出試驗工質(zhì)組分組成差異、來流參數(shù)差別對超音速燃燒室工作過程及性能的影響。在同一試驗車次中，可先進行純凈空氣試驗，再進行相應(yīng)的污染氣體試驗；試驗系統(tǒng)在提高試驗效率的同時，也節(jié)省了試驗成本。污染氣體添加系統(tǒng)的工作性能可很好的滿足模擬Ma4飛行狀態(tài)下的燃燒室進口污染氣體參數(shù)。
【IPC分類】G01M15-14
【公開號】CN104764610
【申請?zhí)枴緾N201510144048
【發(fā)明人】宋文艷, 石德永, 李建平, 陳亮, 唐軍, 張冬青, 王艷華
【申請人】西北工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月30日