專利名稱：先進(jìn)旋渦燃燒室流動特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進(jìn)旋渦燃燒室冷態(tài)流動特性實(shí)驗(yàn)研究的實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域。
技術(shù)背景旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機(jī)是美國Ramgen動力公司正在研制的一種創(chuàng)造性地融航空沖 壓發(fā)動機(jī)技術(shù)和燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)于一體的新概念發(fā)動機(jī)，其核心技術(shù)是激波增壓 技術(shù)和先進(jìn)旋渦燃燒技術(shù)(簡稱AVC)。AVC原理是在燃燒室內(nèi)布置前后兩個鈍體，氣流流通前、后鈍體，在剪切層 作用下，形成系列交互排列并掛住或鎖住于兩鈍體之間的渦旋，不僅強(qiáng)化了主 流與引燃燃料混合、燃燒區(qū)域徑向擴(kuò)展，而且增強(qiáng)了抵制外流場脈動能力，在 燃燒室內(nèi)可以形成穩(wěn)定、燃燒完全、大控制表面的主火焰區(qū)域，稀燃料和富燃 料熄火極限得到擴(kuò)展、燃燒效率提高和污染排放降低，燃燒性能明顯優(yōu)越于傳 統(tǒng)駐渦(簡稱TVC)燃燒技術(shù)。對于全新概念發(fā)動機(jī)一旋轉(zhuǎn)沖壓發(fā)動機(jī)，其研究的 一項(xiàng)重要目標(biāo)就是提高燃?xì)廨啓C(jī)燃燒效率、降低污染物排放，目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的 關(guān)鍵就在于AVC技術(shù)的組織上，也就是怎樣將AVC技術(shù)合理地應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn) 的旋轉(zhuǎn)沖壓單元中。關(guān)于高速旋轉(zhuǎn)條件下燃燒火焰的穩(wěn)定技術(shù)研究，國內(nèi)外相 關(guān)的文獻(xiàn)甚為鮮見。因此，對AVC進(jìn)行全面、深入的研究就顯得十分必要。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、分析成本低的旋轉(zhuǎn)沖壓 發(fā)動機(jī)AVC平面展開冷態(tài)流動特性研究的先進(jìn)旋渦燃燒室流動特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，先進(jìn)旋渦燃燒室流動特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括氣流 供給系統(tǒng)、模擬小型低速風(fēng)洞、核心實(shí)驗(yàn)件、測試系統(tǒng)和控制臺組成。氣流供 給系統(tǒng)包括電機(jī)、高壓離心通風(fēng)機(jī)、進(jìn)氣消音器、調(diào)解風(fēng)門、輸氣管道穩(wěn)壓筒。 高壓離心通風(fēng)機(jī)與進(jìn)氣消音器相連，進(jìn)氣消音器出口與調(diào)解風(fēng)門進(jìn)口相連，調(diào) 解風(fēng)門出口與輸氣管道穩(wěn)壓筒相連。輸氣管道穩(wěn)壓筒與模擬小型風(fēng)洞圓轉(zhuǎn)方管 通過法蘭相連。模擬小型低速風(fēng)洞由圓轉(zhuǎn)方管、整流網(wǎng)、方管組成。圓轉(zhuǎn)方管 與方管通過法蘭相連，兩法蘭間布置整流網(wǎng)。模擬小型低速風(fēng)洞上蓋板上開有 測量孔。核心實(shí)驗(yàn)件放置于模擬小型低速風(fēng)洞內(nèi)部。核心實(shí)驗(yàn)件由方形通道、前鈍體、后鈍體和前后鈍體距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。方形通道入口為楔形。在方形 通道內(nèi)沿軸向方向布置前、后鈍體。后鈍體和前后鈍體距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與后鈍體 相連。方形通道底板開有后鈍體滑道。核心實(shí)驗(yàn)件由方形通道上蓋板上開有測 試孔。測試系統(tǒng)包括速度探針、五孔探針、坐標(biāo)架、溫度計(jì)、氣壓計(jì)、壓力變 送器。速度探針固定于模擬小型低速風(fēng)洞方管的蓋板上，速度探針的總壓、靜 壓孔分別通過塑料軟管與壓力變送器相連，壓力變送器信號線與控制臺數(shù)據(jù)采 集板相連。數(shù)據(jù)采集板被置于控制臺內(nèi)。五孔探針固定于坐標(biāo)架上，五孔探針 五個壓力孔通過塑料軟管分別與壓力變送器相連，壓力變送器信號線與控制臺 數(shù)據(jù)采集板相連。坐標(biāo)架與步進(jìn)電動機(jī)相連，控制步進(jìn)電動機(jī)數(shù)據(jù)線和導(dǎo)線與 控制臺相連。本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)方法選定某一尺寸的后鈍體，將其安裝于核心實(shí)驗(yàn)件的方形 通道內(nèi)，調(diào)節(jié)后鈍體和前后鈍體距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)到給定距離。調(diào)解風(fēng)門閘板調(diào)至 最小，啟動電機(jī)帶動風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)調(diào)解風(fēng)門控制氣流到給定的流速和總壓條件下。 在控制臺的計(jì)算機(jī)上，通過五孔探針定位對話窗口設(shè)置探針初始坐標(biāo)位置，然后，設(shè)置探針在x、 y、 z三個方向移動的距離、范圍和測點(diǎn)間隔等。啟動控制臺測試按鈕，計(jì)算機(jī)采集預(yù)先布置好的空間測點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)。利用五孔探針的 校正系數(shù)、流體控制基本方程得出的關(guān)系式，編制整理數(shù)據(jù)程序，對采集數(shù)據(jù) 進(jìn)行分析。本發(fā)明的有益效果是，通過本發(fā)明，可以研究不同幾何結(jié)構(gòu)的后鈍體、前后鈍體間的距離、氣流的總壓、流速對AVC總壓損失、三維速度矢量分布、壓 力分布和前后鈍體間形成的凹腔內(nèi)旋渦結(jié)構(gòu)的影響，通過AVC冷態(tài)氣流流通的 流場分布規(guī)律，可以判斷或改進(jìn)其性能和結(jié)構(gòu)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖l是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)段結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的模擬小型風(fēng)洞蓋板示意圖。圖4是本發(fā)明的核心實(shí)驗(yàn)件示意圖。圖5是本發(fā)明的核心實(shí)驗(yàn)件示意旋轉(zhuǎn)圖。圖中，1.電機(jī)，2.高壓離心通風(fēng)機(jī)，3.調(diào)解風(fēng)門，4.輸氣管道穩(wěn)壓筒，5. 支架，6.圓轉(zhuǎn)方管，7.模擬小型低速風(fēng)洞方管，8.溫度計(jì)，9.速度探針，10.五 孔探針，ll.速度探針，12.五孔探針固定于坐標(biāo)架，13.控制臺，14.信號線與 導(dǎo)線，15.支架，16.整流網(wǎng)，17.核心實(shí)驗(yàn)件方形通道，18.前鈍體，19.后鈍體， 20.模擬小型低速風(fēng)洞方管蓋板，21.進(jìn)口速度探針測孔，22.五孔探針測？L， 23. 出口速度探針測孔，24.核心實(shí)驗(yàn)件方形通道楔形進(jìn)口， 25.核心實(shí)驗(yàn)件方形通 道底板，26.后鈍體滑道，27.拉桿，28.調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)支架，29.核心實(shí)驗(yàn)件方形通 道改板，30.核心實(shí)驗(yàn)件方形通道側(cè)板。
具體實(shí)施方式
先進(jìn)旋渦燃燒室流動特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，包括氣流供給系統(tǒng)、模擬小型低速風(fēng) 洞、核心實(shí)驗(yàn)件、測試系統(tǒng)和控制臺組成。氣流供給系統(tǒng)包括電機(jī)1、 75KW的 高壓離心通風(fēng)機(jī)2、進(jìn)氣消音器、調(diào)解風(fēng)門3、輸氣管道穩(wěn)壓筒4。調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)風(fēng) 門3閘板可調(diào)整氣流的總壓和速度。模擬小型低速風(fēng)洞由圓轉(zhuǎn)方管6、整流網(wǎng) 16、方管17組成。圓轉(zhuǎn)方管6為5mm厚的鋼板。圓轉(zhuǎn)方管6出口與方管17通 過法蘭相連，兩法蘭間布置孔隙率為0.85的整流網(wǎng)16。方管17是角鋼框架結(jié) 構(gòu)，蓋板20和底板是8mm厚的有機(jī)玻璃板，側(cè)壁板是10mm的有機(jī)玻璃板，蓋 板20上開有測試孔，未布置測試孔由堵塊封死。核心實(shí)驗(yàn)件放置于模擬小型低 速風(fēng)洞內(nèi)部。核心實(shí)驗(yàn)件由方型通道、前鈍體18、后鈍體19和前后鈍體距離調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)27和28組成。方形通道為100X100mm方管構(gòu)成、方管底板25是8腿 厚鋁板、側(cè)板30為lOmm有機(jī)玻璃板、蓋板29為8mm有機(jī)玻璃板，蓋板上開測 試孔。方形通道入口 24為角度小于20度楔形。在方形通道內(nèi)沿方向布置前、 后鈍體。前鈍體頭部為半圓形、后部為長方體，沿核心實(shí)驗(yàn)件的軸線方向長度 為181.5mm，橫向?qū)挾葹?3mm，高為100mm。后鈍體的寬度在25-60之間變化、 厚度在20-40之間變化。核心實(shí)驗(yàn)件底板開有軌道槽，后鈍體放置在底板軌道 槽上。后鈍體和前后鈍體距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與后鈍體相連，前、后鈍體之間的距離 調(diào)節(jié)范圍在25mm-70mm之間。測試系統(tǒng)包括速度探針9和11、五孔探針10、坐 標(biāo)架12、溫度計(jì)8、氣壓計(jì)、壓力變送器組成。L形速度探針9和11固定于模 擬小型低速風(fēng)洞方管的蓋板20上，速度探針的總壓9和11靜壓孔分別通過塑 料軟管與壓力變送器相連，壓力變送器信號線14與控制臺數(shù)據(jù)采集板相連。五孔探針10是五孔球頭探針、頭部直徑為5mm。五孔探針10固定于坐標(biāo)架12上， 五個壓力孔通過塑料軟管分別與壓力變送器相連，壓力變送器信號線14與控制 臺13數(shù)據(jù)采集板相連。固定探針坐標(biāo)架12可以升降，也可以橫向縱向移動。 實(shí)驗(yàn)分別選定29. 56mm、 37. 92mm、 46. 28mm、 50. 64mm的后鈍體，將其安裝于核 心實(shí)驗(yàn)件的方形通道內(nèi)，調(diào)節(jié)后鈍體和前后鈍體距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)到給定距離分別 為37. 8膽，44. lmm， 50. 4mm。調(diào)解風(fēng)門閘板調(diào)至最小，啟動電機(jī)帶動風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié) 調(diào)解風(fēng)門控制氣流到總壓為103941. 4Pa時，出口為當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?。在控制臺的 計(jì)算機(jī)上，通過五孔探針定位對話窗口設(shè)置探針初始坐標(biāo)位置分別在z二10ram、 20mm、 30鵬、40,、 50mm、 60腿、70腿、80mm、 90mm 7K平面上，然后，設(shè)置探 針在x、 y兩個方向移動的距離、范圍和測點(diǎn)間隔等。啟動控制臺測試按鈕，計(jì) 算機(jī)采集預(yù)先布置好的z30mm水平面上測點(diǎn)的測量數(shù)據(jù)。利用五孔探針的校正 系數(shù)、流體控制基本方程得出的關(guān)系式，編制整理數(shù)據(jù)程序，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行 分析。計(jì)算機(jī)記錄下測點(diǎn)的空間坐標(biāo)值、進(jìn)口溫度、進(jìn)口壓力、進(jìn)口總壓、出 口總壓、當(dāng)?shù)卮髿鈮骸⑽蹇滋结樜蹇讐毫χ导袄@y軸和z軸旋轉(zhuǎn)的角度等數(shù)值。 利用五孔探針的校正系數(shù)、流體控制基本方程得出的關(guān)系式，編制整理數(shù)據(jù)程 序，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
權(quán)利要求
1.先進(jìn)旋渦燃燒室流動特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于，包括氣流供給系統(tǒng)、模擬小型低速風(fēng)洞、核心實(shí)驗(yàn)件、測試系統(tǒng)和控制臺組成；氣流供給系統(tǒng)包括電機(jī)(1)、高壓離心通風(fēng)機(jī)(2)、進(jìn)氣消音器、調(diào)解風(fēng)門(3)、輸氣管道穩(wěn)壓筒(4)；高壓離心通風(fēng)機(jī)(2)與進(jìn)氣消音器相連，進(jìn)氣消音器出口與調(diào)解風(fēng)門(3)進(jìn)口相連，調(diào)解風(fēng)門(3)出口與輸氣管道穩(wěn)壓筒(4)相連；輸氣管道穩(wěn)壓筒(4)與模擬小型風(fēng)洞圓轉(zhuǎn)方管(6)通過法蘭相連；模擬小型低速風(fēng)洞由圓轉(zhuǎn)方管(6)、整流網(wǎng)(16)、方管(17)組成；圓轉(zhuǎn)方管(6)與方管(17)通過法蘭相連，兩法蘭間布置整流網(wǎng)(16)；模擬小型低速風(fēng)洞上蓋板(20)上開有測量孔；核心實(shí)驗(yàn)件放置于模擬小型低速風(fēng)洞內(nèi)部；核心實(shí)驗(yàn)件由方形通道、前鈍體(18)、后鈍體(19)和前后鈍體距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)(27)和(28)組成；方形通道入口(24)為楔形；在方形通道內(nèi)沿軸向方向布置前鈍體(18)、后鈍體(19)；后鈍體(19)和前后鈍體(18)距離調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與后鈍體相連；方形通道底板(25)開有后鈍體滑道(26)；核心實(shí)驗(yàn)件由方形通道上蓋板上開有測試孔；測試系統(tǒng)包括速度探針(9)和(11)、五孔探針(10)、坐標(biāo)架(12)、溫度計(jì)(8)、氣壓計(jì)、壓力變送器；速度探針(9)和(11)固定于模擬小型低速風(fēng)洞方管的蓋板(20)上，速度探針(9)和(11)的總壓、靜壓孔分別通過塑料軟管與壓力變送器相連，壓力變送器信號線與控制臺(13)數(shù)據(jù)采集板相連；數(shù)據(jù)采集板被置于控制臺(13)內(nèi)；五孔探針(10)固定于坐標(biāo)架(12)上，五孔探針(10)五個壓力孔通過塑料軟管分別與壓力變送器相連，壓力變送器信號線(14)與控制臺數(shù)據(jù)采集板相連；坐標(biāo)架(12)與步進(jìn)電動機(jī)相連，控制步進(jìn)電動機(jī)數(shù)據(jù)線和導(dǎo)線(14)與控制臺相連。
全文摘要
先進(jìn)旋渦燃燒室流動特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)屬于先進(jìn)旋渦燃燒室冷態(tài)流動特性實(shí)驗(yàn)研究的實(shí)驗(yàn)裝置領(lǐng)域。本發(fā)明的整體實(shí)驗(yàn)裝置包括氣流供給系統(tǒng)、模擬小型低速風(fēng)洞、核心實(shí)驗(yàn)件、測試系統(tǒng)和控制臺組成。通過本發(fā)明，可以研究不同幾何結(jié)構(gòu)的后鈍體、前后鈍體間的距離、氣流的總壓、流速對AVC總壓損失、三維速度矢量分布、壓力分布和前后鈍體間形成的凹腔內(nèi)旋渦結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。由AVC冷態(tài)氣流流通的流場分布規(guī)律，可以判斷或改進(jìn)AVC性能和結(jié)構(gòu)。主要適用于發(fā)動機(jī)制造領(lǐng)域。
文檔編號G01M99/00GK101334332SQ20081001217
公開日2008年12月31日 申請日期2008年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者鄧洋波 申請人:大連海事大學(xué)