一種甲烷燃燒加熱的超燃沖壓發(fā)動機燃燒室實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及超燃沖壓發(fā)動機地面實驗技術領域，具體地說，涉及一種甲烷燃燒加 熱的超燃沖壓發(fā)動機燃燒室實驗系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 目前，超燃沖壓發(fā)動機地面實驗采用燃燒加熱器較為普遍?，F(xiàn)有公開的技術文獻 中，中國空氣動力研宄與發(fā)展中心采用氫氣和氧氣混合進行加熱，即氫氧燃燒加熱器；北 京機械動力研宄所采用煤油和氧氣混合進行加熱，即煤油燃燒加熱器；國防科技大學采用 酒精和氧氣混合進行加熱，即酒精燃燒加熱器。美國的八英尺高溫結構風洞，建立的甲烷燃 燒加熱器。八英尺高溫結構風洞最高加熱總溫為2000K (文獻AIAA paper 96-2197)，主要 運用于超然沖壓發(fā)動機地面性能實驗。國內尚沒有甲烷燃燒加熱器用于超音速燃燒實驗。 采用甲烷燃燒加熱器，以及和甲烷成份相近的天然氣代替甲烷做燃料，使用便捷，可大幅降 低實驗費用。同時甲烷燃燒加熱最高加熱總溫可達2700K，滿足飛行馬赫數(shù)7條件的地面實 驗需求。
【發(fā)明內容】
[0003] 為了避免現(xiàn)有技術存在的不足，本發(fā)明提出一種甲烷燃燒加熱的超燃沖壓發(fā)動機 燃燒室實驗系統(tǒng)，采用含96%甲烷的天然氣代替甲烷做燃料對實驗氣體進行加熱，實現(xiàn)模 擬飛行馬赫數(shù)4~7范圍內的超燃沖壓發(fā)動機地面實驗來流條件。
[0004] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：包括空氣配氣系統(tǒng)、氧氣配氣系 統(tǒng)、天然氣配氣系統(tǒng)、氮氣吹除及控制配氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、燃燒加熱器、混合 器、空氧混合器、超音速噴管、實驗模型，空氣配氣系統(tǒng)的空氣主路管路連接至空氧混合器， 空氣參混路管路連接至混合器；燃燒加熱器出口與混合器連接，混合器出口與超音速噴管 連接，超音速噴管與實驗模型連接；氧氣配氣系統(tǒng)的氧氣路管路連接至空氧混合器，氧氣和 空氣混合后分兩路流入燃燒加熱器；天然氣配氣系統(tǒng)的天然氣路管路與燃燒加熱器連接； 氮氣吹除及控制配氣系統(tǒng)的氮氣吹除路管路連接至天然氣路氣動閥后面，用于燃燒實驗結 束后吹除管道內剩余的天然氣，氮氣控制路依次與空氣主路電磁閥、空氣參混路電磁閥、氧 氣路電磁閥、天然氣源頭電磁閥、天然氣末端電磁閥、氮氣吹除電磁閥連接；冷卻水系統(tǒng)控 制冷卻水箱對燃燒加熱器、超音速噴管、實驗模型冷卻通道進行冷卻水供應；控制系統(tǒng)在預 設時序控制下，將配氣后流量的天然氣、氧氣、空氣注入燃燒加熱器，點火器點燃產(chǎn)生高溫 高壓燃氣，燃氣在超音速噴管中加速后進入實驗模型。
[0005] 有益效果
[0006] 本發(fā)明提出的一種甲烷燃燒加熱的超燃沖壓發(fā)動機燃燒室實驗系統(tǒng)，采用含96% 甲烷的天然氣代替甲烷做燃料對實驗氣體進行加熱，實現(xiàn)模擬飛行馬赫數(shù)4~7范圍內的 超燃沖壓發(fā)動機地面實驗來流條件?？諝庵髀饭苈愤B接至空氧混合器，空氣參混路管路連 接至混合器，混合器用于高溫和常溫空氣參混后進行低馬赫數(shù)的實驗，燃燒加熱器連接實 驗模型。氧氣路管路連接至空氧混合器，氧氣和空氣混合后分兩路流入燃燒加熱器；天然氣 路管路與燃燒加熱器連接；氮氣吹除路管路連接至天然氣路氣動閥后面，用于燃燒實驗結 束后管道內的剩余氣體的吹除，控制系統(tǒng)在預設時序控制下，點火器點燃產(chǎn)生高溫高壓燃 氣；燃氣在超音速噴管中加速后進入實驗模型。
[0007] 本發(fā)明實驗系統(tǒng)，按照預定壓力、溫度、流量要求的實驗氣體的持續(xù)供給，提供超 然沖壓發(fā)動機直連式地面實驗的實驗條件；根據(jù)要求的溫度、流量確定空氣、氧氣、天然氣 的流量，通過各管路不同孔徑的孔板流量計精確控制各管路流量。實驗系統(tǒng)運行成本低、運 行效率高。實驗系統(tǒng)完全滿足模擬飛行馬赫數(shù)4~7,高度15~27km，總溫1100~2200K 的地面試驗要求；加熱器出口最大流量為2. 5kg/s，最高總壓為4. OMPa，主要技術指標如下 表所示：
[0008]
【主權項】
1. 一種甲烷燃燒加熱的超燃沖壓發(fā)動機燃燒室實驗系統(tǒng)，其特征在于：包括空氣配氣 系統(tǒng)、氧氣配氣系統(tǒng)、天然氣配氣系統(tǒng)、氮氣吹除及控制配氣系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、 燃燒加熱器、混合器、空氧混合器、超音速噴管、實驗模型，空氣配氣系統(tǒng)的空氣主路管路連 接至空氧混合器，空氣參混路管路連接至混合器；燃燒加熱器出口與混合器連接，混合器出 口與超音速噴管連接，超音速噴管與實驗模型連接；氧氣配氣系統(tǒng)的氧氣路管路連接至空 氧混合器，氧氣和空氣混合后分兩路流入燃燒加熱器；天然氣配氣系統(tǒng)的天然氣路管路與 燃燒加熱器連接；氮氣吹除及控制配氣系統(tǒng)的氮氣吹除路管路連接至天然氣路氣動閥后 面，用于燃燒實驗結束后吹除管道內剩余的天然氣，氮氣控制路依次與空氣主路電磁閥、空 氣參混路電磁閥、氧氣路電磁閥、天然氣源頭電磁閥、天然氣末端電磁閥、氮氣吹除電磁閥 連接；冷卻水系統(tǒng)控制冷卻水箱對燃燒加熱器、超音速噴管、實驗模型冷卻通道進行冷卻水 供應；控制系統(tǒng)在預設時序控制下，將配氣后流量的天然氣、氧氣、空氣注入燃燒加熱器，點 火器點燃產(chǎn)生高溫高壓燃氣，燃氣在超音速噴管中加速后進入實驗模型。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種甲烷燃燒加熱的超燃沖壓發(fā)動機燃燒室實驗系統(tǒng)，采用含96％甲烷的天然氣代替甲烷做燃料對實驗氣體進行加熱，實現(xiàn)模擬飛行馬赫數(shù)4～7范圍內的超燃沖壓發(fā)動機地面實驗來流條件?？諝庵髀饭苈愤B接至空氧混合器，空氣參混路管路連接至混合器，混合器用于高溫和常溫空氣參混后進行低馬赫數(shù)的實驗，燃燒加熱器連接實驗模型。氧氣路管路連接至空氧混合器，氧氣和空氣混合后分兩路流入燃燒加熱器；天然氣路管路與燃燒加熱器連接；氮氣吹除路管路連接在天然氣路氣動閥后面，用于燃燒實驗結束后管道內的剩余氣體的吹除，控制系統(tǒng)在預設時序控制下，點火器點燃產(chǎn)生高溫高壓燃氣；燃氣在超音速噴管中加速后進入實驗模型。
【IPC分類】G01M15-14
【公開號】CN104777002
【申請?zhí)枴緾N201510122061
【發(fā)明人】李建平, 宋文艷, 陳亮, 浮強, 王艷華, 石德永
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年3月19日