本發(fā)明涉及航空發(fā)動機高空模擬試驗設備領(lǐng)域，具體涉及一種用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動機空中模擬試驗對發(fā)動機進口流場的溫度場和壓力場有要求，目前國內(nèi)外在建或在用的空中環(huán)境模擬試驗設備的設計與建設方案中，摻混裝置結(jié)構(gòu)有分層隔板式或內(nèi)置管式開孔部件兩種，兩股甚至多股溫度不同的氣流進入摻混裝置，進行分流或強制換熱實現(xiàn)氣體摻混，該摻混方式存在進氣流場要求較高和壓損較大的缺陷。

2、現(xiàn)有或在建模擬實驗設備受限于建設空間，供氣管網(wǎng)布置緊湊，使得摻混裝置前端的直管段長度較短，進入摻混裝置的氣流會出現(xiàn)分離或旋渦、進氣流場極度不均勻等情況，導致?lián)交煨Ч患?，使摻混后氣流流場達不到空中環(huán)境模擬試驗的要求，進而影響發(fā)動機空中環(huán)境模擬試驗的正常進行。

3、再者，在模擬發(fā)動機空中環(huán)境時，由于發(fā)動機進口壓力很低，且供氣管網(wǎng)中氣流壓力僅略高于常壓或為常壓，因此要求摻混裝置處的壓力損失不能太大，否則無法保障發(fā)動機進口壓力的要求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有氣體摻混裝置容易出現(xiàn)分離或旋渦、進氣流場極度不均勻等情況導致的摻混效果不佳，以及摻混裝置壓損大不能滿足發(fā)動機進口壓力要求的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，所述氣體摻混裝置包括正三通管件和摻混結(jié)構(gòu)，所述摻混結(jié)構(gòu)設置在所述正三通管件內(nèi)。

2、其中，所述正三通管件的主管內(nèi)設有徑向方向的吊板，所述摻混結(jié)構(gòu)的末端從所述正三通管件的支管插入，穿過所述吊板后與主管內(nèi)壁接觸。

3、所述摻混結(jié)構(gòu)包括沿所述主管的徑向方向設置的多層摻混組件，相鄰兩層所述摻混組件之間設有低壓氣體通道，所述摻混組件內(nèi)設有與所述低壓氣體通道垂直的高壓氣體通道，所述摻混組件上開設有連通所述低壓氣體通道與所述高壓氣體通道的噴射結(jié)構(gòu)。

4、進一步地，所述摻混組件包括沿主管徑向方向設置的至少一個摻混單元，所述摻混單元內(nèi)設有所述高壓氣體通道，所述摻混單元上位于所述主管內(nèi)的中后段部分設有噴射孔陣列，所有所述摻混單元的所述噴射孔陣列形成所述噴射結(jié)構(gòu)。

5、更進一步地，所述噴射孔陣列設置在所述摻混單元上沿低壓氣體流動方向的后端。

6、更進一步地，所述噴射孔陣列包括沿低壓氣體流動方向分布的至少一排噴射部，每排所述噴射部包括沿高壓氣體流動方向分布的多個噴射孔，所述噴射孔與低壓氣體流動方向夾角為30~60°。

7、更進一步地，所述摻混組件包括多個所述摻混單元時，相鄰兩個所述摻混單元之間設有間隙，該間隙設置的目的是在高壓氣體通入時，為摻混單元的熱變形留有余量，避免相鄰兩個摻混單元之間相互擠壓對摻混單元造成損壞。同時，該間隙的大小根據(jù)摻混單元的熱變形量計算，需要在進行氣體摻混時，相鄰摻混單元之間可以接觸同時避免兩者相互擠壓。

8、更進一步地，所述摻混單元的橫截面為圓弧段和直線段形成的跑道形。

9、在上述氣體摻混裝置的一個改進的實施例中，相鄰兩層所述摻混組件之間，且沿高壓氣體流動方向設有多個導流條，通過設置導流條可以將相鄰兩層摻混組件之間的低壓氣體通道劃分為多個小通道，提高低壓氣體通道內(nèi)低壓氣體與從噴射結(jié)構(gòu)噴出的高壓氣體的摻混效果。

10、在上述氣體摻混裝置的一個改進的實施例中，在進行高壓氣體和低壓氣體摻混時，為了避免因氣流流動使摻混結(jié)構(gòu)發(fā)生移位和振動，影響氣體摻混效果和對摻混結(jié)構(gòu)造成結(jié)構(gòu)損傷，在所述主管的內(nèi)壁上設有對所述摻混結(jié)構(gòu)限位的限位結(jié)構(gòu)。

11、在上述氣體摻混裝置的一個改進的實施例中，所述氣體摻混裝置還包括端部安裝板，所述端部安裝板位于所述支管與所述主管的交接面，所述摻混結(jié)構(gòu)的前端插入并穿過所述端部安裝板的安裝孔。

12、在上述氣體摻混裝置的另一個改進的實施例中，所述氣體摻混裝置還包括擋塊，最外層的所述摻混組件與所述支管內(nèi)壁之間以及相鄰兩層所述摻混組件之間均設有擋塊，通過擋塊能夠避免高壓氣體從相鄰兩個摻混組件之間以及最外層摻混單元與支管內(nèi)壁之間流入低壓氣體以影響高低壓氣體的摻混。

13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本說明書實施例采用的上述至少一個技術(shù)方案能夠達到的有益效果至少包括：本發(fā)明的氣體摻混裝置通過在正三通管件內(nèi)設置摻混結(jié)構(gòu)，并對摻混結(jié)構(gòu)進行設計，能夠?qū)崿F(xiàn)提高摻混效果和降低壓損的目的，該氣體摻混裝置具有以下優(yōu)點：

14、1.與傳統(tǒng)的摻混原理相比，本發(fā)明摻混裝置的摻混原理為：首先，低壓氣體從正三通管徑的主管進入后流入摻混組件之間的低壓氣體通道內(nèi)，高壓氣體從正三通管徑的支管進入后流入摻混組件內(nèi)的高壓氣體通道后經(jīng)噴射結(jié)構(gòu)噴出至低壓氣體通道，高壓氣體與低壓氣體在低壓氣體通道內(nèi)接觸進行首次摻混；其次，各個低壓氣體通道內(nèi)的摻混氣體從摻混結(jié)構(gòu)輸出時通過擴壓減速并進行二次摻混得到最終的摻混氣體。本發(fā)明的氣體摻混裝置不僅從摻混原理上改變了傳統(tǒng)方案中長距離供氣管道中供氣來流自然流動發(fā)展的摻混機理，通過多層摻混單元的設置有效提高了高壓氣體與低壓氣體的摻混效果。

15、2.本發(fā)明的氣體摻混裝置在工作時，兩高低壓氣體通過不同通道進入摻混結(jié)構(gòu)內(nèi)部，可以對氣流進行初次整流、碎流和均流，有效降低了來流的紊流度，在輸出摻混結(jié)構(gòu)后進入主管時可以進一步均勻流場，能夠在短距離快速內(nèi)實現(xiàn)發(fā)動機進口流場品質(zhì)達到標準關(guān)于總溫總壓及紊流度±1.0%的要求。

16、3.傳統(tǒng)摻混裝置大多主要考慮摻混氣流出口流場，且管道流路較長，導致?lián)交鞖饬鲏簱p較大(20kpa左右)，與傳統(tǒng)摻混裝置相比，本發(fā)明對低壓氣體進入的低壓氣體通道設計，通過在相鄰兩層摻混組件之間設置導流條，可以實現(xiàn)對摻混氣流的整流，將壓損降低至5kpa，從而實現(xiàn)大幅降低通過摻混裝置的氣流壓損的目的。

17、4.與傳統(tǒng)摻混裝置的結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明對摻混組件進行設計，由多個獨立的摻混單元形成，并在每個摻混單元上開設噴射孔陣列，在運行過程中若需要對裝置進行維護，只需將端部安裝板處點焊的摻混單元和擋塊切割，將摻混單元抽出進行維護或更換，其極大的提高了設備的可維護性。

技術(shù)特征：

1.一種用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，所述氣體摻混裝置包括正三通管件和摻混結(jié)構(gòu)，所述正三通管件的主管內(nèi)設有徑向方向的吊板（1），所述摻混結(jié)構(gòu)的末端從所述正三通管件的支管插入，穿過所述吊板（1）后與主管內(nèi)壁接觸；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，所述摻混組件包括沿主管徑向方向設置的至少一個摻混單元（2），所述摻混單元（2）內(nèi)設有所述高壓氣體通道，所述摻混單元（2）上位于所述主管內(nèi)的中后段部分設有噴射孔陣列，所有所述摻混單元（2）的所述噴射孔陣列形成所述噴射結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，所述噴射孔陣列設置在所述摻混單元（2）上沿低壓氣體流動方向的后端。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，所述噴射孔陣列包括沿低壓氣體流動方向分布的至少一排噴射部，每排所述噴射部包括沿高壓氣體流動方向分布的多個噴射孔（21），所述噴射孔（21）與低壓氣體流動方向夾角為30~60°。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，所述摻混組件包括多個所述摻混單元（2）時，相鄰兩個所述摻混單元（2）之間設有間隙。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，所述摻混單元（2）的橫截面為圓弧段和直線段形成的跑道形。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，相鄰兩層所述摻混組件之間，且沿高壓氣體流動方向設有多個導流條（3）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，所述主管的內(nèi)壁上設有對所述摻混結(jié)構(gòu)限位的限位結(jié)構(gòu)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，所述氣體摻混裝置還包括端部安裝板（4），所述端部安裝板（4）位于所述支管與所述主管的交接面，所述摻混結(jié)構(gòu)的前端插入并穿過所述端部安裝板（4）的安裝孔。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，其特征在于，所述氣體摻混裝置還包括擋塊（5），最外層的所述摻混組件與所述支管內(nèi)壁之間以及相鄰兩層所述摻混組件之間均設有所述擋塊（5）。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及航空發(fā)動機高空模擬試驗設備領(lǐng)域，公開了一種用于空中環(huán)境模擬試驗的氣體摻混裝置，包括正三通管件和摻混結(jié)構(gòu)，摻混結(jié)構(gòu)設置在正三通管件內(nèi)，正三通管件的主管內(nèi)設有徑向方向的吊板，摻混結(jié)構(gòu)的末端從正三通管件的支管插入，穿過吊板后與主管內(nèi)壁接觸。摻混結(jié)構(gòu)包括沿主管的徑向方向設置的多層摻混組件，相鄰兩層摻混組件之間設有低壓氣體通道，摻混組件內(nèi)設有與低壓氣體通道垂直的高壓氣體通道，摻混組件上開設有連通低壓氣體通道與高壓氣體通道的噴射結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的氣體摻混裝置可以解決現(xiàn)有摻混裝置易出現(xiàn)分離或旋渦、進氣流場極度不均勻等導致的摻混效果不佳，以及摻混裝置壓損大不能滿足發(fā)動機進口壓力要求的技術(shù)問題。

技術(shù)研發(fā)人員：徐國,鄧愷,羅振,楊靈,劉冬根,侯鑫正,王飛飛,嵇曉昱,陳學尚,賈偉,于洪濤,殷君懿
受保護的技術(shù)使用者：中國航發(fā)四川燃氣渦輪研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9