[发明专利]引射器喷管

说明书

技术领域

本发明涉及一种引射器喷管，尤其涉及一种气流混合增压效率高的中心型引射喷管，属于空气动力学领域。

背景技术

超声速引射器在抽真空和提高被引射气体总压方面具有独特的优点，成功应用于高超声速风洞和化学激光器排气系统上，随大口径超声速风洞和大功率化学激光器的建造需要，如何提高超声速引射器的性能，吸引越来越多的研究。

超声速引射器主要有引射喷管，混合室，扩压器等组成，引射喷管是引射器的核心部件。引射喷管的形式主要有中心喷管，环形喷管，多点分布式喷管。研究表明，引射喷管的布局形式，对于提高引射器的性能，起着关键性的作用。

超声速引射器中，使用拉瓦尔喷管，安装在混合室的进口处，加速引射气流，通过一定面积比的设计，引入被引射气体；两种混合气流在混合室进行能量交换，提高被引射气体的静压。例如中心单喷管引射器，引射气体通过喷管单级膨胀，引射气流加速喷入混合室，靠湍流黏性力的作用与被引射气流在混合室混合，多喷管引射器的原理一样，单级膨胀，只是喷管分成若干个小喷管，环形引射器，采用单级膨胀，单边气流混合，摩擦损失比较大。

采用单级的喷管布局，混合过程复杂，为了达到充分混合，需要的混合室比较长。多喷管引射器，需要的混合室较短，单喷管之间的射流容易引起干扰，降低引射效率。总的来说，采用不同形式的引射喷管，在引射气流和被引射气流之间扩大混合面积，是提高引射效率、解决问题的途径。

例如CAAA的FD-07风洞环形引射器，引射器喷管为拉瓦尔喷管，气体单级膨胀，喷入混合室，与被引射气流掺混。引射面积比一定的条件下，引射Ma数为3，I级引射压力为1.0MPa，II级引射压力为1.2MPa，能够完成引射器的启动，使用压力为1.5MPa的中压气源就满足要求，引射效率也较高，如果调高使用高压力，流量会增大，将会造成气源的浪费。

FD-03风洞环形引射器，I级引射压力为0.8MPa，II级为1.6MPa，采用膨胀比较大的等截面引射形式，使用的运行压力与FD-07风洞引射器运行压力是不同的，FD-03风洞的引射气源是从11.0MPa压力气源减压，达到3.0MPa后再调压使用。这样，就会造成气体压力能的浪费。

国防科大的燃气引射器，燃烧压力为3.0MPa，为了释放压力，完成膨胀过程，引射面积选取比较小，这就产生了引射器的启动问题，同时单级膨胀，混合室的混合效率不高，造成引射器的启动运行不稳定，在这方面，国防科大的研究人员作了大量的研究，对这种现象的认识越来越清楚。

研究表明，气源压力较高，使用环形喷管，或者单级喷管，喷出的气流来不及膨胀，在管道内变成激波串，造成激波边界层干扰，成为主要的干扰损失。压力能来不及释放成动能，造成损失，如果把气体降压使用，对于气源的高压力能，也是一种浪费。

如何在气源高压下，充分发挥其引射能力，提高引射器的效率，特别针对完成引射器启动后，运行压力任然比较高的时候，充分发挥引射器的作用，提高效率，关键问题就是进行喷管设计，同时要求先进的引射喷管，应该结构简单，性能优良，易于制造。

-发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种超声速引射喷管，能够有效利用气源的高压力，通过串联喷管加速气流，实现气体多级膨胀，特别针对引射气源压力高于1.5MPa，充分利用气体的压力能，气体进行多级膨胀、分步与被引射气流混合，掺混充分，大大提高气流的接触面积，减少压力损失，提高引射器运行稳定性，达到有效利用气体压力能的目的。

本发明的引射器喷管包括多级引射喷管、混合室和超声速尾喷管，所述引射喷管为拉瓦尔喷管，在其扩张段壁上沿周向均布地开设有多个槽孔，以顺向引入被引射气流，多级所述引射喷管的第一级的进气端与稳压室相连，多级所述引射喷管分别通过所述混合室逐级串联相连，最末级所述引射喷管与所述超声速尾喷管相连。

优选所述稳压室为筒体状，其圆周壁上连接有进气管，所述稳压室的一端焊接有尖形封头，其另一端用焊接方式与所述一级引射喷管的进气端连接。

优选所述混合室均为直径与所连接所述引射喷管相配合的圆筒状结构。

优选所述槽孔沿所述引射喷管的周壁均布有4个，所述槽孔的孔壁均与所述引射喷管的中轴线平行，所述槽孔的截面积之和与该引射喷管出口的截面积之比为1∶3。

优选所述稳压室的圆周壁上以沿周向均布的方式连接有3个所述进气管。

优选所述超声速尾喷管包括加长的直管进气段和拉瓦尔喷管段。