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    重庆时时彩计划图: 一种试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201510144048.4

    申请日:

    2015.03.30

    公开号:

    CN104764610A

    公开日:

    2015.07.08

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G01M 15/14申请公布日:20150708|||实质审查的生效IPC(主分类):G01M 15/14申请日:20150330|||公开
    IPC分类号: G01M15/14 主分类号: G01M15/14
    申请人: 西北工业大学
    发明人: 宋文艳; 石德永; 李建平; 陈亮; 唐军; 张冬青; 王艳华
    地址: 710072陕西省西安市友谊西路127号
    优先权:
    专利代理机构: 西北工业大学专利中心61204 代理人: 陈星
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201510144048.4

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2018.03.27|||2015.08.05|||2015.07.08

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统,通过在混合器中添加由电阻加热器输供的高焓纯净空气与水添加系统喷入的水蒸气、二氧化碳添加系统喷入的二氧化碳及氧气添加系统喷入的氧气充分混合;通过喷管进入到燃烧室试验模型中,实现纯净空气和污染气体的对比试验,可有效地“分离”出试验工质组分组成差异、来流参数差别对超音速燃烧室工作过程及性能的影响。在同一试验车次中,可先进行纯净空气试验,再进行相应的污染气体试验;试验系统在提高试验效率的同时,也节省了试验成本。污染气体添加系统的工作性能可很好的满足模拟Ma4飞行状态下的燃烧室进口污染气体参数。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统,其特征在于:包括纯净空气试验系统、污染气体添加系统、燃料供应系统、混合器、喷管、燃烧室试验模型,纯净空气试验系统包括空气气源、主路空气流量调节阀、电阻加热器,空气气源通过主路空气流量调节阀与电阻加热器连接,混合器位于电阻加热器与喷管之间,喷管与燃烧室试验模型连接;污染气体添加系统包括水添加系统、二氧化碳添加系统、氧气添加系统,水添加系统中的水活塞缸与水加热器连接,二氧化碳添加系统中的二氧化碳气源与流量调节阀及附件连接,水添加系统与二氧化碳添加系统通过管路和混合器连接,氧气添加系统中的氧气气源通过流量调节阀及附件与混合器连接;燃料供应系统中的燃料罐通过流量调节阀与燃烧室试验模型连接;试验步骤如下:
    (1)调节主路空气流量调节阀和电阻加热器功率,将空气加热至800~1000K,在燃烧室试验模型中的流场稳定后,开启燃料供给系统,进行纯净空气来流的超音速燃烧室性能试验;
    (2)完成纯净空气试验后,调节主路空气流量调节阀及电阻加热器功率,当电阻加热器出口空气达到所需状态后,开启污染气体添加系统,高温空气、二氧化碳、水蒸气、氧气在混合器内按一定比例混合均匀,混合器出口气体的氧气摩尔分数为21%;其中,水加热器内液态水被加热至400~750℃的水蒸气,喷入混合器;在燃烧室试验模型中的流场稳定后,开启燃料供应系统,按预定的时序控制向燃烧室试验模型喷射、燃烧,进行污染空气来流的超音速燃烧室性能试验;
    (3)根据采集到的超音速燃烧室试验数据,分析污染组分水及二氧化碳对超音速燃烧室性能的影响。

    说明书

    说明书一种试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统
    技术领域
    本发明涉及航空发动机试验技术领域,具体地说,涉及一种试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统。
    背景技术
    在超音速燃烧室技术研究过程中,地面试验具有关键性和基础性的作用。地面试验要求模拟真实飞行环境所需的高焓气体状态,超音速燃烧室地面试验数据外推应用到真实飞行条件的不确定性主要来自两方面,即来流条件的差别和试验模型的差别。前者除与流场品质问题相关外,主要是来流参数和试验空气组分的差别,即涉及到试验空气“污染效应”问题;后者主要是试验模型尺度、结构与飞行试验模型的差别,即涉及到试验模型“尺度效应”与结构影响问题。与常规气动力试验、气动热结构试验相比,在超音速燃烧室性能试验中,“污染效应”问题更为突出,由于其重要性和复杂性,一直受到了科研人员的广泛关注和持续研究。
    现有公开的技术文献中,如日本RJTF设备“Comparison of Scramjet Engine Performance in Mach 6Vitiated and Storage-Heated Air[J].Journal of Propulsion and Power,Vol.13(5),September-October,1997.”;美国维吉尼亚大学开展的对比试验“Test Gas Vitiation Effects in a Dual-Mode Scramjet Combustor[J].Journal of Propulsion and Power,Vol.23(3),July-August 2007.”均可视为严格对比试验,即采用纯净空气,蓄热式加热或电阻加热,和污染空气来流在匹配重要参数的前提下进行对比试验,可有效地分离出试验空气中的净“污染效应”。
    上个世纪90年代,日本宇航院研究人员在冲压发动机试验设备上进行了模拟马赫数6.0状态下氢燃料超燃冲压发动机的整机自由射流对比试验,“Comparison of Scramjet Engine Performance in Mach 6Vitiated and Storage-Heated Air[J].Journal of Propulsion and Power,Vol.13(5), September-October,1997.”。RJTF设备在模拟马赫数6.0状态时可选择蓄热加热和燃烧加热中任一种。这种污染对比试验系统需要同时具备燃烧加热设备和纯净空气加热设备,使得试验的成本较高。Virginia大学研究人员利用电阻加热设备,针对氢燃料超声速燃烧室开展了纯净空气来流和H2O/CO2污染空气来流下直连式对比试验研究,“Test Gas Vitiation Effects in a Dual-Mode Scramjet Combustor[J].Journal of Propulsion and Power,Vol.23(3),July-August 2007.”。利用其现有电阻加热器可产生最高1300K左右的高焓纯净空气来流,同时通过在电阻加热器进口空气来流中添加H2O、CO2污染组分并补入O2来模拟燃烧加热污染空气;因此具备在同一设备、模型上开展模拟飞行马赫数5.0状态下直连式燃烧室对比试验能力。污染试验气体中氧摩尔分数为21%,并匹配两种来流的燃烧室进口总温。相关文献中提到了维吉尼亚大学所使用的污染气体添加措施,但并未公开相关的技术资料,并且维吉尼亚大学所使用的污染气体添加措施中,污染组分中O2和CO2是在主流空气加热之前加入进去,会造成加热器氧化、老化加快,降低加热器的使用寿命,增加试验成本。
    发明内容
    为了避免现有技术存在的不足,本发明提出一种试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统;在纯净空气试验系统的基础上,通过在混合器内添加水蒸气和二氧化碳污染组分,使得试验系统具有在同一设备上开展模拟飞行马赫数4.0状态下燃烧室污染对比试验能力。
    本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括纯净空气试验系统、污染气体添加系统、燃料供应系统、混合器、喷管、燃烧室试验模型,纯净空气试验系统包括空气气源、主路空气流量调节阀、电阻加热器,空气气源通过主路空气流量调节阀与电阻加热器连接,混合器位于电阻加热器与喷管之间,喷管与燃烧室试验模型连接;污染气体添加系统包括水添加系统、二氧化碳添加系统、氧气添加系统,水添加系统中的水活塞缸与水加热器连接,二氧化碳添加系统中的二氧化碳气源与流量调节阀及附件连接,水添加系统与二氧化碳添加系统通过管路和混合器连接,氧气添加系统中的氧气气源通过流量调节阀及附件与混合器连接;燃料供应系统中的燃料罐通过流量调节阀与燃烧室试验模型连接;试验步骤如下:
    (1)调节主路空气流量调节阀和电阻加热器功率,将空气加热至800~1000K,在燃烧室试验模型中的流场稳定后,开启燃料供给系统,进行纯净空气来流的超音速燃烧室性能试验;
    (2)完成纯净空气试验后,调节主路空气流量调节阀及电阻加热器功率,当电阻加热器出口空气达到所需状态后,开启污染气体添加系统,高温空气、二氧化碳、水蒸气、氧气在混合器内按一定比例混合均匀,混合器出口气体的氧气摩尔分数为21%;其中,水加热器内液态水被加热至400~750℃的水蒸气,喷入混合器;在燃烧室试验模型中的流场稳定后,开启燃料供应系统,按预定的时序控制向燃烧室试验模型喷射、燃烧,进行污染气体来流的超音速燃烧室性能试验;
    (3)根据采集到的超音速燃烧室试验数据,分析污染组分水及二氧化碳对超音速燃烧室性能的影响。
    有益效果
    本发明提出的一种试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统,通过在混合器中添加经由电阻加热器输供的高焓纯净空气与水添加系统喷入的水蒸气、二氧化碳添加系统喷入的二氧化碳及氧气添加系统喷入的氧气充分混合,通过喷管进入到燃烧室试验模型中;燃料供应系统按预定的时序控制向燃烧室试验模型喷射、燃烧,实现纯净空气和污染气体的对比试验,可有效地“分离”出试验工质组分组成差异、来流参数差别对超音速燃烧室工作过程及性能的影响。在同一试验车次中,可先进行纯净空气试验,再进行相应的污染气体试验,既提高了试验效率,同时也节省了试验成本。污染气体添加系统的工作性能可很好的满足模拟Ma4飞行状态下的燃烧室进口污染空气参数。
    附图说明
    下面结合附图和实施方式对本发明一种试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统作进一步的详细说明。
    图1为试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统示意图。
    图中:
    1.空气气源 2.主路空气流量调节阀 3.电阻加热器 4.混合器 5.喷管6.燃烧室试验模型 7.氧气气源 8.燃料罐 9.水加热器 10.水活塞缸 11.二氧化碳气源 12.氧气添加系统 13.燃料供应系统 14.二氧化碳添加系统15.水添加系统
    具体实施方式
    本实施例是一种试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统。
    以马赫数4,总温为880K,纯净空气与污染气体的对比试验为例。表1为超音速燃烧室进口各组分的摩尔分数。
    表1超音速燃烧室进口状态参数

    试验气体污染对超音速燃烧室性能影响的试验系统由纯净空气试验系统、污染气体添加系统、燃料供应系统、混合器、喷管、燃烧室试验模型组成;纯净空气试验系统包括空气气源1、主路空气流量调节阀2、电阻加热器3;空气气源1通过主路空气流量调节阀2喷入电阻加热器3加热,并依次通过混合器4、喷管5,进入燃烧室试验模型6。燃料供应系统13中的燃料罐8通过流量调节阀与燃烧室试验模型6连接;燃料供应系统13按预定的时序控制向燃烧室试验模型6喷射、燃烧,进行纯净空气来流的超音速燃烧室性能试验。
    污染气体添加系统包括水添加系统15、二氧化碳添加系统14、氧气添加系统12,水添加系统15中的水活塞缸10内的液态水通过活塞压入水加热器9内,在水加热器9内液态水被加热至400~750℃的水蒸气,喷入混合器4;二氧化碳添加系统14由二氧化碳气源11、流量调节阀及附件组成,二氧化碳通过流量调节阀喷入混合器4;氧气添加系统12由氧气气源7、流量调节阀及附件组成,氧气通过流量调节阀喷入混合器4,混合器4安装在电阻加热器3与喷管5之间,混合器4出口气体的氧气摩尔分数为21%;混合器4通过经由电阻加热器3的高焓纯净空气与水添加系统15喷入的水蒸气、二氧化碳添加系统14喷入的二氧化碳、氧气添加系统12喷入的氧气充分混合,通过喷管5进入到燃烧室试验模型6中。燃料供应系统13中的燃料罐8通过流量调节阀与燃烧室试验模型6连接;燃料供应系统13按预定的时序控制向燃烧室试验模型6喷射、燃烧,进行 污染气体来流的超音速燃烧室性能试验。以马赫数4,纯净空气与煤油加热器污染空气的对比试验为例简要说明工作过程:
    第一步.试验状态的确定;纯净空气试验时,根据试验状态要求设定电阻加热器3的预定加热温度值至880K,调整主路空气流量调节阀2,使得燃烧室进口达到需要的流量,并通过燃料供应系统13调节好燃料供应路压力;污染气体的超音速燃烧室试验,关键在于产生满足预期要求的H2O/CO2污染气体。采用在电阻加热器出口高焓纯净空气中定量添加H2O、CO2组分并补氧的方式来模拟燃烧加热污染空气。根据污染试验空气中氧含量、混合前后质量和能量守恒,得到:
    m·O2/WO2m·H2O/WH2O+m·CO2/WCO2+m·O2/WO2=XO2=0.21---(1)]]>
    m·H2O/WH2Om·H2O/WH2O+m·CO2/WCO2+m·O2/WO2+m·Air/WAir=XH2O---(2)]]>
    m·CO2/WCO2m·H2O/WH2O+m·CO2/WCO2+m·O2/WO2+m·Air/WAir=XCO2---(3)]]>
    m·H2O+m·H2O+m·O2+m·Air=m·vit---(4)]]>
    m·H2Oh(Tt,H2O)+m·CO2h(Tt,CO2)+m·O2h(Tt,O2)+m·AirhAir(Tt,Air)=m·vith(Tt,vit)---(5)]]>
    式中,XH2O为3.00%,XCO2为3.00%,W、X和h分别表示质量流量、分子量、摩尔分数和比焓,下标O2、air、H2O、CO2和vit分别对应氧气、电阻加热纯净空气、水组分、二氧化碳组分和污染空气的参数,下标t表示总参数。根据式(5)中能量守恒关系,为了产生满足预定要求的污染试验空气总温Tt,vit,可在Tt,air、Tt,H2O、Tt,CO2三者中选其一作为调节量??悸堑讲僮鞣奖愫涂刂频木纫?,试验中选择调节电阻加热器出口纯净空气总温Tt,air来实现对污染空气总温Tt,vit的控制。二氧化碳以气态形式混入主流,其温度需保证在加注过程中不出现凝结;补入的氧气较少,为室温混入。根据上述方程式解出各污染组分添加的参数,调节各添加系统的参数使其满足污染试验的条件即可开始试验。
    第二步.在升温阶段,缓慢打开电阻加热器上游主路空气流量调节阀2,通过阀门开度完成进口空气流量的调节与控制,当空气流量达到电阻加热器3安全启动所需的最低流量时,接通电阻加热器3电源,空气流经电阻加热器3内电热元件得到升温。
    第三步.纯净空气试验阶段,当电阻加热器3出口温度和流量达到试验要求并恒定后,气流经过主路的设备喷管5后以预定的压力、温度、Ma数和流量流入超音速燃烧室试验模型6,在建立稳定的燃烧室进口流场后,启动燃料供应控制系统13,按照预定的时序向燃烧室喷射、燃烧。
    第四步.污染气体试验阶段,调节电阻加热器3出口温度及流量至污染试验要求段并恒定后,在混合器4内喷入污染组分,在建立稳定的燃烧室进口流场后,启动燃料供应系统13,按照预定的时序向燃烧室喷射、燃烧。
    第五步.试验结束阶段,当燃烧结束后,关闭电阻加热器3,并保持一定流量直至电阻加热器3冷却到规定温度后,依次关闭主路空气流量调节阀2、燃料供应系统13、氧气添加系统12、二氧化碳添加系统14、水添加系统15,试验结束。
    第六步.根据采集到的超音速燃烧室试验数据,分析污染组分水及二氧化碳对超音速燃烧室性能的影响。

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