CN112033683B - 一种畸变装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种畸变装置，包括：设置于飞机进气道前段与进气道后段之间的转接机匣；设置于转接机匣外侧的多个燃烧器；用于固定火焰稳定器的安装座；连接燃烧器的多个火焰稳定器，火焰稳定器伸入到转接机匣的内侧且以转接机匣轴线在周向上均布，每个火焰稳定器至少包括两个长度不同的火焰稳定单元；设置于转接机匣外侧的火焰探测器，火焰探测器用于对转接机匣内的火焰燃烧情况进行探测；连接火焰稳定器的支撑架以及连接火焰稳定单元的可调节拉杆，通过支撑架和可调节拉杆实现火焰稳定器的固定。本申请的畸变装置能够实现发动机的高温升率和高温升的进气需求，且进气通道内的径向温度变化均匀性好。

Description

一种畸变装置

技术领域

本申请属于航空发动机试验技术领域，特别涉及一种畸变装置。

背景技术

飞机在起飞或飞行过程时，飞机发动机存在吸入高温或高温升气流及水蒸气的情况，此时便会产生温度畸变现象，当温度畸变超过动力源承受能力时，就会使动力源的稳定裕度降低，严重影响飞行安全。因此需要提前进行动力源抗高温升率变化进行研究。一种方式是在动力源进气道入口处从高温蒸汽装置中喷出高温蒸汽，高温蒸汽同进气道内的低温空气进行掺混后被动力源吸入，这种方式所能产生的温升率和温升都相对较低，只可能考核在特定环境下是否满足稳定性要求。另一种方式是在动力源进气道口设置模拟打弹时喷出的尾焰，从而被动力源吸入，但这种方式也只能定性的考核动力源的验证试验，不能进行定量试验。随着高温升率变化和温升的要求越来越高，现有的温度发生装置不能满足动力源的抗高温升率变化的需求，需要一种快速的实现进气高温升率和温升变化的装置来满足需求。

发明内容

本申请的目的是提供了一种畸变装置，用于解决或减轻背景技术中所指出的至少一个问题。

本申请的技术方案是：一种畸变装置，所述畸变装置包括：

设置于飞机进气道前段与进气道后段之间的转接机匣；

设置于所述转接机匣外侧的多个燃烧器；

用于固定火焰稳定器的安装座，所述安装座固定在转接机匣的外表面；

连接所述燃烧器的多个火焰稳定器，所述火焰稳定器伸入到转接机匣的内侧且以转接机匣轴线在周向上均布，其中每个火焰稳定器至少包括两个长度不同的火焰稳定单元；

设置于转接机匣外侧的火焰探测器，所述火焰探测器用于对转接机匣内的火焰燃烧情况进行探测；和

连接所述火焰稳定器中相同规格的支撑架以及连接不同火焰稳定单元的可调节拉杆，通过所述支撑架和可调节拉杆实现火焰稳定器的固定。

进一步的，所述火焰稳定器的数量可为6个～8个。

进一步的，所述燃烧器包括：

具有燃烧腔的燃烧器壳体；

伸入燃烧器壳体内燃烧腔的雾化喷嘴及点火电嘴；

伸入燃烧器壳体内燃烧腔的助燃气进口；

联通所述燃烧腔的测压接头，通过所述测压接头测量所述燃烧腔压力；

用于将所述燃烧器壳体固定至转接机匣的固定支板；以及

联通燃烧腔和火焰稳定器的导焰管，导焰管与火焰稳定器为一体结构，所述导焰管用于将燃烧器壳体内的燃烧物传导至火焰稳定器内。

进一步的，所述火焰稳定器中火焰稳定单元的长度根据转接机匣的直径调节。

进一步的，所述火焰稳定器中长度较长的火焰稳定单元沿着流入的气流设置于长度较短的火焰稳定单元之前。

进一步的，所述火焰稳定器中长度较长的火焰稳定单元与长度较短的火焰稳定单元之前在气流流向上不共面。

进一步的，每个所述火焰稳定单元包括顺着气流延伸的第一燃烧部和第二燃烧部，所述第一燃烧部和第二燃烧部之间形成预定角度。

进一步的，所述第一燃烧部和第二燃烧部以气流流向对称设置。

进一步的，在所述第一燃烧部面向于第二燃烧部的方向上设置多个第一喷孔；在所述第二燃烧部面向于第一燃烧部的方向上设置多个第二喷孔。

进一步的，所述第一喷孔和第二喷孔的数量根据转接机匣内温度需求确定。

本申请所提供的畸变装置能够实现高温升率、高温升，且进气通道内的径向温度变化均匀性好，能够避免燃烧组织、稳定火焰的耦合影响，便于调整高温燃气的喷注。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的畸变装置结构示意图。

图2为本申请的畸变装置结构侧视图。

图3为本申请的燃烧器结构示意图。

图4为本申请的火焰稳定器位置示意图。

图5为本申请的火焰稳定器结构示意图。

图6为本申请的畸变装置安装位置示意图。

图7为本申请的畸变装置使用过程示意图。

附图标记：

1-燃烧器，11-雾化喷嘴，12-燃烧器壳体，13-助燃气入口，14-固定支板，15-导焰管，16-点火电嘴，17-测压接头；

2-安装座；

3-火焰稳定器，31-长火焰稳定单元，32-短火焰稳定单元，311-火焰稳定器支座，312-第一导焰部，313-第二导焰部，314-喷孔；

4-火焰探测器；

5-支撑架

6-进气道后段

7-可调节拉杆；

8-转接机匣；

10-畸变装置；

20-进气道前段；

30-动力源。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了克服现有技术中的装置不能满足独立地改变进气道内高温升率、高温持续时间等参数，从而影响对动力源稳定性研究的问题，本申请提供了一种气体燃烧畸变装置。

如图1和图2所示，本申请提供的气体燃烧温度畸变装置包括转接机匣8、燃烧器1、安装座2、火焰稳定器3、火焰探测器4、支撑架5以及可调节拉杆7。

转接机匣8与发动机进气道的形成大致相同，其设置在进气道前段与进气道后段6之间。

燃烧器1及火焰稳定器3为多个，所有燃烧器1及火焰稳定器3均以转接机匣8或进气道后段6的轴线沿圆周方向均匀布置，一燃烧器1单独的控制一个火焰稳定器3以形成可单独控制的燃气供应体系。燃烧器1设置在转接机匣8的外侧，通过法兰固定在转接机匣8上。

火焰稳定器至少包括两个长度不同的火焰稳定单元，例如图示所示实施例中包括了长火焰稳定单元31和短火焰稳定单元32，长火焰稳定单元31和短火焰稳定单元32组装成一体并固定在安装座2上。

支撑架5连接火焰稳定器中相同规格的火焰稳定单元，例如图示中支撑架5连接在了所有的长火焰稳定单元31上。可调节拉杆7连接相邻或间隔设置的火焰稳定器3。例如，可调节拉杆7可以连接一组火焰稳定器中的长短火焰稳定单元，其也可以将相邻的火焰稳定器中的长短火焰稳定单元进行连接，亦或是连接间隔的火焰稳定器中的长短火焰稳定单元。无论可调节拉杆7如何进行连接，在通过支撑架5与可调节拉杆7的情况下，将所有的火焰稳定单元进行连接固定即可。

如图3所述，燃烧器1包括燃烧器壳体12、雾化喷嘴11、点火电嘴16、助燃气进口13、测压接头17、固定支板14以及导焰管15。

燃烧器壳体12内具有一燃烧腔，雾化喷嘴11及点火电嘴16设置在燃烧器壳体12的左侧，且伸入燃烧器壳体12内的燃烧腔中，通过雾化喷嘴11及点火电嘴16可在燃烧腔内实现点火燃烧。在燃烧壳体12的中部上设置有助燃气进口13及测压接头17，助燃气进13位于上部且伸入燃烧器壳体12内的燃烧腔中，用于对雾化喷嘴11及点火电嘴16点燃的火焰进行助燃，助燃剂可以采用高浓度氧气。测压接头17也联通燃烧器壳体12的燃烧腔，通过将测量仪器接入测压接头，可以测量燃烧腔内的压力。固定支板14设置在燃烧器壳体12的右侧，其连接燃烧器壳体12及转接机匣8，以将燃烧器壳体12固定至转接机匣8上。最后，导焰管15的一端从燃烧器壳体12的右侧伸入联通燃烧腔中，另一端联通至火焰稳定器，以将燃烧器壳体内的燃烧传导至火焰稳定器内。

在本申请一实施例中，燃烧器1及火焰稳定器3可以均分成6组或8组，其根据需求还可以设置成其它所需的组别，例如5组或7组。

如图4所示实施例，本申请的火焰稳定器3包括长火焰稳定单元31和短火焰稳定单元32，长火焰稳定单元31相对于气流流向来说，设置在短火焰稳定单元32的前端。可以理解的是，本申请实施例中仅示意性的给出了两种长短规格的火焰稳定单元，根据需求，火焰稳定单元的长短规格可以为三个或更多。

如图5所示，以图4中的长火焰稳定单元31为例，火焰稳定单元进一步包括稳定器安装座311、第一导焰部312及第二导焰部313。

稳定器安装座311与安装座2连接并固定在转接机匣8上，第一导焰部312及第二导焰部313之间形成有一定的角度α，其中角度α的中线与气流流向P共线或平行，即第一导焰部312及第二导焰部313以气流流向P对称设置。在第一导焰部312面向第二导焰部313的一侧设置有多个喷孔314，同样的，在第二导焰部313面向第一导焰部312的一侧也设置有多个喷孔314。通常情况下，第一导焰部312上设置的喷孔314与第二导焰部313上设置的喷孔314数量相同。第一导焰部312或第二导焰部313上设置的喷孔314的数量可根据转接机匣内的温度需求确定。例如，转接机匣内需要较高的温度或较快的温升，则喷孔314的数量则相应的多设置一些。

如图6所示，当进行动力源抵抗高温空气试验时，将本申请的畸变装置10设置在发动机进气道前段20与进气道后段6之间，进气道后段6之后即是动力源30(航空发动机)。试验时，先启动动力源30，低温空气通过进气道前段20被动力源30吸入。当达到所需状态时，首先向点火电嘴16供电，同时打开氧气供给阀门，氧气快速供入燃烧器1，燃烧腔内压力上升，然后按一定比例打开液态燃料供给阀门，当燃料从雾化喷嘴11进入燃烧腔内迅速被点燃，导致燃烧腔压力迅速上升，燃烧器1后端的导焰管15联通至火焰稳定器3。燃烧产物(富燃介质)沿导焰部喷入发动机进气道内，燃烧产物一边沿流道流动并二次燃烧，一边与扇区内未参与燃烧的冷空气相互掺混，从而形成畸变温度场的高温区。而进气道内未供可燃气点火的区域仍为来自进口的低温空气，冷热空气同时流进动力源，研究动力源抗高温升及温升率变化的稳定工作能力。

在本申请中，燃烧器1和火焰稳定器3根据扇区的要求设置，在每个扇区设置一套独立的导焰部，导焰部中的第一导焰部312和第二导焰部313在圆周方向分布，而非在气流流向P上完全的共线。燃烧器1产生的高温燃气沿着导焰部的喷杆内的流道喷入进气道主气流，通过调整喷孔314的数量保证各扇区燃气流量与扇区面积成正比，随转接机匣8或进气道的直径增加，每排喷孔314的数量可随之增加，各排喷孔的间距逐渐变密。第一导焰部和第二导焰部形成的V型板式结构，既可起到稳焰作用，又提高二次燃烧效率。

如图7所示的不同位置的火焰稳定器3a和火焰稳定器3b工作时产生的周向、径向高温区位置图，当a图中火焰稳定器3a工作时，产生了b图中剖面所示的周向高温区域及d图中剖面所示的径向高温区域；当a图中火焰稳定器3b工作时，产生了c图中剖面所示的周向高温区域，其余位置的火焰稳定器工作时产生的周向、径向高温区类似，本处不再赘述。通过单独的控制，可以实现动力源不同位置的温度畸变需求。

本申请的畸变装置相比于现有技术来说，具有如下优点：

1、本申请通过在发动机进气道外设置多个燃烧器，具有安全可靠，使用灵活，燃烧组织技术易于实现，点火成功率≥99％，对发动机进气流场影响较小；

2、本申请因为燃烧器外置避免了燃烧组织、稳定火焰的耦合影响，便于调整高温燃气的喷注，实现温度场的均匀性、灵活性更容易；

3、本申请中的雾化喷嘴由于采用液态燃料，其可压缩性相对于气体显著降低，同时可以进行喷注，管路填充时间短且重复性更好；

4、液态燃料在外置燃烧器中与纯氧气混合燃烧，燃烧器内流速很低，反应速率高，温升率可达到5000℃/s以上；

5、本申请可根据需求在转接机匣内可以布置不同的火焰稳定器数量；

6、根据动力源需求，可对各组的可燃气供给进行单独控制，满足复杂温升率变化的需求；

7、每组火焰稳定器可更换不同长度或稳定器上开孔数量可实现进气通道内径向温度所需的变化需求，实现径向由中心到进气道外壁依次实现1/3区径向温度畸变；

8、通过在火焰稳定器上由进气道外壁向中心改变火焰稳定器喷孔数量或孔径，可实现径向温度所需变化区域的均匀性；

9、通过对火焰稳定器的可调节拉杆调节，使各火焰稳定器在圆周内均匀布置，保证燃烧均匀性，从而保证温度场的均匀性，动力源进口处温升可达到500℃以上；

10、安装座和火焰稳定器焊接在一起，一侧连接在转接机匣上，一侧同转接机匣中心的支撑架连接，方便进行更换；

11、通过火焰探测器的监测，可以判断可燃气是否点燃，保证下游设备的安全性。

12、本申请的畸变装置，可广泛用于飞行器等受气体介质温度变化产生温度畸变对其稳定性影响的研究及其它需要快速、稳定、可变温升率变化的场合。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种畸变装置，其特征在于，所述畸变装置包括：

设置于飞机进气道前段与进气道后段之间的转接机匣；

设置于所述转接机匣外侧的多个燃烧器，每个燃烧器单独的控制一个火焰稳定器以形成单独控制的燃气供应体系；

用于固定火焰稳定器的安装座，所述安装座固定在转接机匣的外表面；

连接所述燃烧器的多个火焰稳定器，所述火焰稳定器伸入到转接机匣的内侧且以转接机匣轴线在圆周方向上均布，其中每个火焰稳定器至少包括两个长度不同的火焰稳定单元，所述火焰稳定单元包括长火焰稳定单元和短火焰稳定单元，长火焰稳定单元相对于气流流向来说设置在短火焰稳定单元的前端，且长火焰稳定单元和短火焰稳定单元组装成一体并固定在安装座上，其中，每个所述火焰稳定单元包括顺着气流延伸的第一导焰部和第二导焰部，第一导焰部及第二导焰部之间形成有预定角度α，第一导焰部及第二导焰部以气流流向对称设置，在第一导焰部面向第二导焰部的一侧设置有多个第一喷孔，在第二导焰部面向第一导焰部的一侧设置有多个第二喷孔；

设置于转接机匣外侧的火焰探测器，所述火焰探测器用于对转接机匣内的火焰燃烧情况进行探测；和

连接所述火焰稳定器中相同规格火焰稳定单元的支撑架；以及

连接不同火焰稳定单元的可调节拉杆，通过所述支撑架和可调节拉杆实现火焰稳定器的固定。

2.如权利要求1所述的畸变装置，其特征在于，所述火焰稳定器的数量可为6个～8个。

3.如权利要求1所述的畸变装置，其特征在于，所述燃烧器包括：

具有燃烧腔的燃烧器壳体；

伸入燃烧器壳体内燃烧腔的雾化喷嘴及点火电嘴；

伸入燃烧器壳体内燃烧腔的助燃气进口；

联通所述燃烧腔的测压接头，通过所述测压接头测量所述燃烧腔压力；

用于将所述燃烧器壳体固定至转接机匣的固定支板；以及

联通燃烧腔和火焰稳定器的导焰管，导焰管与火焰稳定器为一体结构，所述导焰管用于将燃烧器壳体内的燃烧物传导至火焰稳定器内。

4.如权利要求1所述的畸变装置，其特征在于，所述火焰稳定器中火焰稳定单元的长度根据转接机匣的直径调节。

5.如权利要求1所述的畸变装置，其特征在于，所述第一喷孔和第二喷孔的数量根据转接机匣内温度需求确定。

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