[发明专利]一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器

说明书

本发明提供一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器，引射器接口为被引射气流入口、引射气流入口和混合气流出口，引射器内部由环隙结构扩压系统呈蜂窝状排列组成。工作原理为：高压引射气流进入压力室，通过各单元环隙加速喷出，形成超声速射流，在扩压管内引射气流与被引射气流进行混合、扩压变成亚音速气流，最终以较小的压力损失排出。该引射器相比多级串联环形引射器，具有主次流横向掺混距离短、引射效率高、结构紧凑等特点；相比多喷管引射器，具有排气干扰相混小、压力损失小、引射性能更优等特点。

技术领域

本发明涉及空气动力学领域，具体而言，涉及一种多单元蜂窝状组合结构的超声速引射器。

背景技术

引射器是一种流体控制装置，能够对低压力气体增压和具备抽真空能力，广泛应用于风洞、试验台、化学激光器领域；对于超声速引射器，引射气流以超声速状态进入混合室与被引射气流混合，内部流场极其复杂，涉及超声速剪切层，激波边界层干扰等多种复杂流动现象，而且这些流动现象还相互作用和干扰，目前，对于引射器的设计和性能预测，还没有十分可靠的办法。

多年来，人们使用理论计算、数值模拟、试验方法进行研究，并形成了很多科研成果，在风洞设备上成熟应用引射器，具有代表性的单位是中国空气动力研究与发展中心(CARDC)和中国航天空气动力技术研究院(CAAA)。

CARDC应用引射器的时间较早，20世纪60年代建成的FL-31常规高超声速风洞，采用3级环形引射器，耗气量大，效率低，通过研究认为，随引射器尺度增大，一、二次流之间的横向混合距离增加，效率降低。

1993年，CARDC建成的2m亚跨超风洞采用多喷管引射器，在混合室内多喷管射流与被引射气流混合，缩小了掺混距离，混合流通过扩压段排出，提高了引射效率，很好满足低超声速风洞试验，结果表明，此类混合的方法，仅适用于一次流Ma数较低的情况，在一次流Ma数较高的情况下，会带来较大的压力损失。后来研究发现，多喷管引射气流汇聚在一个混合室，这类方法主要考虑增强混合，较少考虑压力恢复性能，在速度较低的领域应用比较有效。

CAAA是应用引射器最早的单位之一，FD-02、03、07高超声速风洞都是用环形引射器作为增压排气系统，引射器技术属于50、60年代水平。“九五”期间，CAAA研究多级多喷管中心引射器，把研究成果具体应用到设备中，完成FD-12风洞多喷管引射器建设，但技术手段与CARDC的2m风洞引射器基本一致。

1993年底，701所(CAAA前身)曾组团到俄罗斯的中央流体力学研究院(TsAGI)进行考察，得知研制出了一种多喷管中心引射器，并且给出技术指标，一个内含45个小喷管的多喷管中心引射器，抽吸真空的能力可达300Pa；当此引射器用到高超声速风洞时，相当于一个四级环形引射器。当时，俄罗斯在此技术领域国际领先，对此技术是保密的。CAAA的王铁进、朱孝业等对于多级多喷管中心引射器技术展开研究，并指出多级多喷管中心引射器技术是一项新的引射器技术，提出用串联方式研制高增压比引射器，后来，使用多喷管共用混合室的方式，建设了1台三级引射器，应用到CAAA的FD-16风洞中，但是其多喷管混合的技术特点依旧沿用FD-12风洞引射器的形式。

CARDC的任泽斌等在《新型引射器技术研究》一文中指出，以超声速气体引射器为主体的引射型压力恢复系统，则是替代大型真空罐的最佳选择，提出阵列式模块化引射器技术研究，方案是将单台大口径引射器分成多台并联的小口径引射器，既能有效地减小长度尺寸，增加横向尺寸，使系统紧凑小型化，还能通过开启或关闭部分引射器模块，调节系统引射能力。同时，指出这种引射器存在的问题，在阵列式引射系统中，多台引射器的入口和出口分别并联在一起，导致各台引射器入口的被引射气流以及出口的排气反压相互干扰，特别是在引射器的启动阶段，启动较晚的模块需要的启动压力可能会大大高于设计压力，严重时甚至不能启动。