[发明专利]一种用于砂尘颗粒加速的喷管

说明书

提供一种用于砂尘颗粒加速的喷管H，包括外壳和被外壳包裹的气砂混合腔，喷管H沿腔体长度方向的对称轴上下对称，喷管H内壁自左向右分别是：入口端AB段；AHGFE’E为喷管内壁面，出口端ED段；其中AH段为平直段；HG为收缩段，使气体自左向右流，迅速收缩；GF为喉道平直段；FE’为第一扩张段，也就是气流快速加速段，其自左向右打开一个较小角度；E’E为第二扩张段，也就是气流速度保持段，其自左向右打开一个更小角度，第二扩张段E’E保持足够长的长度以加速砂粒。该喷管充分利用空气快速膨胀加速，并利用高速空气对砂尘进行高效加速，以获得有限入口总压及有限加速段长度条件下的砂尘最高速度；喷管型面由直线构成，易生产，成本较低，易掌握，适宜于大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及航空试验测试及机械制造领域，特指一种用于加速砂尘颗粒的喷管，适用于航空发动机叶片冲蚀试验系统，其主要功能是将砂尘颗粒速度提升至250米/秒左右，为搭建高速冲蚀试验平台创造条件。

背景技术

砂尘冲蚀是军用直升机、运输机沙漠地带近地飞行的突出问题，砂尘颗粒高速吸入发动机，风扇/压气机叶片冲击损伤十分严重。涂层是提高风扇/压气机的有效手段，目前被广泛应用。

为考核砂尘冲蚀对压气机叶片造成的损伤程度和防护手段的有效性，对压气机/风扇的冲蚀试验平台十分关键。目前，能满足恶劣砂尘环境的航空发动机抗冲蚀特性研究的试验平台非常少见，试验平台所能达到的状态参数对考核和评价性能手段十分关键。经理论计算，航空发动机实际工况下，砂尘冲击发动机叶片的速度可达到250米/秒，因此，在实验条件下，急需高速冲蚀试验平台。但是，将大量砂尘持续加速到250米/秒存在一定难度，现有冲蚀试验平台砂尘速度仅为200米/秒左右，亟待提高。

发明内容

为克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种用于砂尘颗粒加速的喷管H，该喷管为惯常喷管的形状，包括外壳和被外壳包裹的气砂混合腔，外壳的外部形状左细右粗，外壳的内部形状亦为左细右粗，但具体形状取决于气砂混合腔形状；其中，喷管H左端开口，即气砂混合腔的出口，喷管H右端开两孔，分别用于插入两根管子；喷管H沿腔体长度方向的对称轴上下对称，喷管H在该对称轴上对应的是BD段，喷管H的外壳和气砂混合腔也因此沿该对称轴上下对称，由于其外壳的内部形状取决于气砂混合腔形状，因此，为简单起见，仅阐述气砂混合腔沿该轴线上半部分的形状，具体如下：

喷管H内壁自左向右分别是：入口端AB段，即气砂混合腔的入口端面；AHGFE’E为喷管内壁面，出口端ED段；其中

AH段为平直段，其与对称轴平行；

HG为收缩段，使气体自左向右流动时体积迅速收缩；

GF为喉道平直段，其与对称轴平行，喉道平直段长度较短，其范围通常在2mm-5mm；

FE’为第一扩张段，也就是气流快速加速段，其自左向右打开一个角度，范围在1°-10°内；第一扩张段长度较短，其长度根据打开角度和实际需要而定；

E’E为第二扩张段，也就是气流速度保持段，其自左向右打开一个角度，范围在0.05°-2°内，第二扩张段E’E保持足够长的长度以加速砂粒；

AB、AH、DE、HG、BD段具体长度根据气砂混合腔尺寸、试验件大小及试验平台尺寸确定。

在本发明的一个具体实施例中，GF喉道平直段长度为3mm；FE’自左向右打开的角度为5°；E’E自左向右打开的角度为0.1°。

在本发明的一个实施例中，FE’段长度、E’E段长度根据打开角度和实际需要而定。

本发明具有以下技术优势：

(1)本发明充分利用空气膨胀加速，并利用高速空气对砂尘进行高效加速。以获得有限入口总压及有限加速段长度条件下的砂尘最高速度。