[发明专利]一种超音速喷管射流掺混实验装置

说明书

技术领域

本发明属于实验测试装置领域，特别是一种超音速喷管射流掺混实验装置。

背景技术

超燃冲压发动机只需要携带燃料,从周围环境之中吸入新鲜空气，在超燃冲压发动机燃烧室内以超音速燃烧的形式将燃料所蕴含的化学能转化为机械能。这一思路给提高固体火箭发动机的性能提供了一种借鉴思路。比如，在固体火箭发动机尾喷管内喷入新鲜空气，与固体燃料火箭发动机推进剂燃烧之后富含H₂、CO以及金属添加物等可燃物质进一步燃烧，亦可能进一步提高发动机的推力。对于超音速条件下的燃烧问题，燃料与空气的充分混合是其提高其燃烧效率的关键性问题之一。研究掺混流场的压力分布变化以及流场中波系结构，可以进一步分析出燃料与空气的混合程度。

国内外对喷管中进行二次掺混燃烧的实验非常少，但是射流矢量喷管的研究很多，对本实验台设计具有一定的参考价值。孙啸林.一种新型激波控制推力矢量喷管结构[D].西北工业大学,2014.中设计了圆形喷管并提供一种二次射流的引射系统方案，解决了如何在喷管中注入二次射流的问题,利用二次射流在流场中掺混形成的激波来控制喷管推力。但是无法通过纹影、PIV等可视化实验观察流场结构,导致掺混段流场无法观测。射流是通过发动机压气机产生的亚声速气流，无法模拟超音速飞行下的空气射流。为了进行超音速飞行下燃气与空气掺混的模拟实验研究，需要设计专门的实验装置。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种超音速喷管射流掺混实验装置,以解决现有的实验装置无法模拟超音速飞行下空气入射掺混实验、以及测试射流参数及流场无法可视化的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种超音速喷管射流掺混实验装置，其特征在于，包括主流喷管、射流喷管；

所述主流喷管为矩形管结构，矩形管的一端作为射流入口端；且入口端两侧分别设有多个圆孔，圆孔上设有压力传感器和热电偶；矩形管的另一端的内部设有来流加速段，依次包括第一收敛段、第一平直段、第一扩张段；所述射流喷管与主流喷管的扩张段相连通，所述射流喷管内部依次设有第二收敛段、第二平直段、第二扩张段，且第二扩张段与主流喷管相连；所述第一扩张段上设有多个通孔，通孔上设有压力传感器；矩形管上两侧设有观察窗，观察窗位于来流加速段的两侧。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明的实验装置通过主流喷管和射流喷管产生超音速空气射流，可以模拟超音速飞行下的空气射流掺混现象。

(2)本发明的实验装置在主流喷管的入口端设有压力传感器和热电偶，可测试入口端的来流总压和静压以及来流温度。

(3)在主流喷管的第一扩张段上设有压力传感器，可测量主流喷管的出口端不同位置的压力。

(4)在主流喷管上设有观察窗，可实现进行纹影、PIV等的可视化观察。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明超音速喷管射流掺混实验装置的总体结构示意图。

图2为本发明实验装置主视剖面图。

图3为主流喷管主视图。

图4为主流喷管主视剖面视图。

图5为主流喷管俯视图。

图6为圆形的射流喷管结构示意图。

图7为圆形的射流喷管剖面视图。

图8为矩形的射流喷管结构示意图。

图9为矩形的射流喷管剖面视图。

图10为方转圆结构示意图。

图11为方转圆剖面视图。

图12为纹影实验结果图。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本发明的一种超音速喷管射流掺混实验装置，包括主流喷管1、射流喷管2；