[发明专利]环形燃烧室头部流场试验的模型试验件及测量装置

说明书

本发明公开了一种环形燃烧室头部流场试验的模型试验件及测量装置，模型试验件包括安装于测量装置的气流输出端上的涡流器安装盘、安装于涡流器安装盘上的火焰筒内环以及安装于涡流器安装盘上并环绕于火焰筒内环外的火焰筒外环，火焰筒内环与火焰筒外环之间形成用于模拟真实燃烧室的环形气腔，且环形气腔的尺寸与模拟试验的真实燃烧室内火焰筒的尺寸相符，涡流器安装盘上沿环形气腔的周向布设有多个用于安装涡流器的涡流器安装孔，且涡流器安装孔的布设间距与模拟试验的真实燃烧室内涡流器的布设间距相等，从而使测量装置的气流输出端输出的气流从安装于涡流器安装盘上的涡流器进入环形气腔中，进而使环形气腔中模拟形成真实燃烧室内的空气流场。

技术领域

本发明涉及燃烧室流场试验技术领域，特别地，涉及一种环形燃烧室头部流场试验的模型试验件及测量装置。

背景技术

燃烧室内流场对于航空发动机燃烧室而言至关重要，通常在很大程度上决定了燃油雾化与掺混、头部燃烧组织、出口温度分布等诸多方面。因此在燃烧室研制过程中经常要进行燃头部流场试验。

由于燃烧室结构复杂，内部空间狭小使得其内部流场测量变得极其困难。早期，人们运用皮托管/热线热膜仪对流场进行测量，但是它们属于接触式的单点测量，对流场有很大干扰并且测量精度不高。后来发展了激光测量方法，如激光多普勒测速仪(LaserDoppler Velocimetry，简称LDV)、相位多普勒粒子分析仪(Phase Doppler ParticleAnalyzer，简称PDPA)等，它们实现了非接触式测量，对流场没有干扰并且测量精度也获得了极大的提高，但是他们仍然是单点测量，对于燃烧室内部强湍流流场而言，单点测量还存在很大的不足和缺陷。随着计算机技术、激光技术、图像处理技术的快速发展，粒子图像测速技术(Particle Image Velocimetry，简称PIV)应运而生，它能够实现非接触、瞬态、全场流场的测量，并逐渐成为燃烧室内流场测量的主要手段。

现有技术缺点：1)现有燃烧室模型试验件多为矩形头部结构，未开展过全环燃烧室模型试验件研究，无法较好的模拟真实燃烧室的曲率效应对流场的影响，且矩形结构的燃烧室模型试验件两端的头部流场会受到壁面影响而失真，无法较真实的模拟两个头部流场之间的干扰情况。2)现有技术不能同时满足不同型号、不同头部数量的试验件，试验时需要更换不同焦距的测量镜头、夹具、以及转接段，这种做法既浪费时间和资源，又存在试验操作复杂和试验效率低下的缺点，并且测量结果可信度和试验重复性也不高，无法进行真实流动特性的精细化测量。3)现有PIV测量技术在测量燃烧室模型试验件时，反光较强，信噪比低。

发明内容

本发明提供了一种环形燃烧室头部流场试验的模型试验件及测量装置，以解决现有的矩形头部结构的模型试验件安装于现有的测量装置上进行试验时无法真实地模拟火焰筒的真实结构，且试验操作复杂和试验效率低下的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种环形燃烧室头部流场试验的模型试验件，用于安装于测量装置的气流输出端上，以模拟真实燃烧室进行流场试验，模型试验件包括安装于测量装置的气流输出端上的涡流器安装盘、安装于涡流器安装盘上的火焰筒内环以及安装于涡流器安装盘上并环绕于火焰筒内环外的火焰筒外环，火焰筒内环与火焰筒外环之间形成用于模拟真实燃烧室的环形气腔，且环形气腔的尺寸与模拟试验的真实燃烧室内火焰筒的尺寸相符，涡流器安装盘上沿环形气腔的周向布设有多个用于安装涡流器的涡流器安装孔，且涡流器安装孔的布设间距与模拟试验的真实燃烧室内涡流器的布设间距相等，从而使测量装置的气流输出端输出的气流从安装于涡流器安装盘上的涡流器进入环形气腔中，进而使环形气腔中模拟形成真实燃烧室内的空气流场。

进一步地，火焰筒外环和火焰筒内环采用透光材质，使PIV测量系统发射的激光沿火焰筒外环的径向透射至环形气腔内并避免环形气腔的内表面产生强烈的反射光。