燃烧室试验器和航空发动机试验系统的制作方法

1.本公开涉及航空发动机试验技术领域，特别涉及一种燃烧室试验器和航空发动机试验系统。


背景技术：

2.燃烧室是航空发动机的重要组成部分，其性能直接影响航空发动机的总体性能。在航空发动机研制过程中，需要对燃烧室进行试验，以验证燃烧室性能是否达到设计要求。
3.燃烧室试验主要通过在燃烧室中通入高温高压气体，然后喷入燃油并进行点火，来验证燃烧室的性能，但试验尾气温度较高，通常在1000℃以上，直接排放存在问题。


技术实现要素：

4.本公开所要解决的一个技术问题是：降低燃烧室试验的排气温度。
5.为了解决上述技术问题，本公开提供一种燃烧室试验器，其包括：
6.本体，包括依次连接的进气段、试验段和排气段，进气段内设有空气流道和环绕空气流道的第一媒介腔，试验段内设有燃烧腔，排气段内设有燃气流道和环绕燃气流道的第二媒介腔，空气流道、燃烧腔和燃气流道依次连通；和
7.媒介管路，包括第一媒介管和第二媒介管，第一媒介管连通第一媒介腔的入口和第二媒介腔的出口，第二媒介管连通第一媒介腔的出口和第二媒介腔的入口，使得第一媒介腔、第二媒介管、第二媒介腔和第一媒介管之间连通形成中间媒介的循坏回路。
8.在一些实施例中，排气段上设有注入口，注入口与第二媒介腔连通，以向第二媒介腔注入中间媒介；和/或，进气段上设有排出口，排出口与第一媒介腔连通，以排出第一媒介腔中的中间媒介。
9.在一些实施例中，燃烧室试验器包括入口盖，入口盖用于封闭注入口；和/或，燃烧室试验器包括出口盖，出口盖用于封闭排出口。
10.在一些实施例中，空气流道包括多根换热管的管腔；和/或，燃气流道和第二媒介腔的横截面积沿着排气方向逐渐变小。
11.在一些实施例中，燃气流道和第二媒介腔呈锥形。
12.在一些实施例中，第一媒介腔的入口和出口设置于进气段的侧壁上；和/或，第二媒介腔的入口和出口设置于排气段的侧壁上。
13.在一些实施例中，进气段包括第一进气管和第二进气管，第一进气管通过第二进气管与试验段连接，空气流道和第一媒介腔设置于第二进气管内；和/或，排气段包括第一排气管和第二排气管，第二排气管通过第一排气管与试验段连接，燃气流道和第二媒介腔设置于第一排气管内。
14.在一些实施例中，中间媒介为液体。
15.在一些实施例中，中间媒介为水。
16.本公开另外还提供一种航空发动机试验系统，其包括本公开实施例的燃烧室试验
器。
17.本公开所提供的燃烧室试验器，能够利用中间媒介与燃烧后气体的换热，有效降低燃烧室试验的排气温度。
18.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例进行详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
19.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本公开实施例中燃烧室试验器的立体示意图。
21.图2为图1的俯视图。
22.图3为图2的a-a剖视图。
23.图4为本公开实施例中第二进气管的结构示意图。
24.图5为图4的b-b剖视图。
25.图6为图4的c-c剖视图。
26.图7为本公开实施例中第一排气管的剖视图。
27.附图标记说明：
28.100、燃烧室试验器；10、本体；20、媒介管路；
29.1、进气段；11、第一进气管；12、第二进气管；13、进气腔；14、空气流道；15、第一媒介腔；16、排出口；17、换热管；
30.2、试验段；22、燃烧腔；
31.3、排气段；31、第一排气管；32、第二排气管；33、排气腔；34、燃气流道；35、第二媒介腔；36、注入口；
32.41、第一媒介管；42、第二媒介管；43、法兰。
具体实施方式
33.下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有开展创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
34.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
35.在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理
解为对本公开保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
36.在本公开的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。
37.此外，下面所描述的本公开不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
38.图1-图7示例性地示出了本公开的燃烧室试验器。图3、图6和图7中颜色较深的箭头表示气体的流动方向，颜色较浅的箭头表示中间媒介的流动方向。图5中的箭头表示中间媒介的流动方向。
39.参见图1-7，在本公开的实施例中，燃烧室试验器100包括本体10和媒介管路20。
40.本体10包括依次连接的进气段1、试验段2和排气段3，例如，进气段1和试验段2之间以及试验段和排气段3之间均通过法兰43连接。进气段1内设有空气流道14和环绕空气流道14的第一媒介腔15。试验段2内设有燃烧腔22。排气段3内设有燃气流道34和环绕燃气流道34的第二媒介腔35。空气流道14、燃烧腔22和燃气流道34依次连通。
41.媒介管路20包括第一媒介管41和第二媒介管42，第一媒介管41连通第一媒介腔15的入口和第二媒介腔35的出口，第二媒介管42连通第一媒介腔15的出口和第二媒介腔35的入口，使得第一媒介腔15、第二媒介管42、第二媒介腔35和第一媒介管41之间连通形成中间媒介的循坏回路。
42.试验时，空气经由进气段1进入试验段2的燃烧腔22，在试验段2的燃烧腔22中与燃油混合，并进行燃烧，燃烧后的燃气从试验段2的燃烧腔22流至排气段3，并经由排气段3排出。
43.由于所设置的第一媒介腔15、第二媒介管42、第二媒介腔35和第一媒介管41之间连通形成中间媒介的循环回路，因此，在上述试验过程中，中间媒介可以在第二媒介腔35中与燃烧后进入燃气流道34中的高温燃气换热，吸收高温燃气的热量，降低高温燃气的温度；并且，吸热后的中间媒介可以经由第一媒介管41流至第一媒介腔15中，与流入空气流道14中的尚未燃烧的进口空气换热，向进口空气释放热量，对进口空气进行预热，实现对燃气温度的回收利用，使得进口空气温度升高，方便进口空气后续在燃烧腔22中点火燃烧；同时，放热之后的中间媒介还可以从第一媒介腔15流出，并经由第二媒介管42流回第二媒介腔35中，形成循环，进行下一次吸放热。
44.可见，所提供的燃烧室试验器100可以使中间媒介与燃烧前后的气体进行换热，通过中间媒介与燃烧前后气体的热交换，来实现对排气余热的利用，使得中间媒介能够对燃烧后的燃气进行冷却，降低排气温度，并且，中间媒介还可以利用从燃气吸收来的热量对燃烧前的空气进行预热，提高进气温度，实现对排气余热的利用，在降低排气温度的同时，减少能源浪费，实现节能目的。
45.利用中间介质在燃烧前后气体之间进行传热，传热效率更高。其中，中间介质可以为水等液体，传热系数较大，传热效率较高，相同换热量下，所需传热面积较小，有利于减小设备体积。
46.同时，由于中间媒介可以在循环回路中循环地进行吸放热，因此，可以减少中介媒介的使用量，节约资源，降低试验成本。
47.其中，第一媒介腔15环绕空气流道14，使得进入第一媒介腔15的中间媒介可以与空气流道14中的空气充分换热。参见图1和图3，在一些实施例中，第一媒介腔15的入口和出口设置于进气段1的侧壁上。这样，中间介质在第一媒介腔15中的流入流出方向与空气流道14中空气的流动方向相交，有利于改善中间介质与空气的换热充分性，使得中间介质能够更充分地对进口空气进行余热。
48.第二媒介腔35环绕燃气流道34，使得进入第二媒介腔35中的中间媒介可以与燃气流道34中的燃气充分换热。参见图1和图3，在一些实施例中，第二媒介腔35的入口和出口设置于排气段3的侧壁上。这样，中间媒介在第二媒介腔35中的流入流出方向与燃气流道34中燃气的流动方向相交，有利于改善中间介质与燃气的换热充分性，使得中间介质能够更充分地降低排气温度。
49.为了方便向燃烧室试验器100中注入中间媒介，参见图1，在一些实施例中，排气段3上设有注入口36，注入口36与第二媒介腔35连通，以向第二媒介腔35注入中间媒介。其中，注入口36可以设置于排气段3的侧壁上，并可以与同样设置在排气段3侧壁上的第二媒介腔35的入口和出口在周向上错开布置。这样，在试验之前，可以从注入口36向第二媒介腔35中注入中间媒介，使得中间媒介能够参与吸放热循环。在换热稳定的试验过程中，可以关闭注入口36，以使整个循环回路封闭，防止中间媒介在注入口36处发生泄漏。而为了实现对注入口36的关闭，可以在注入口36处设置入口盖(图中未示出)，使得可以根据实际需要，通过关闭或打开入口盖，来实现对注入口36开闭的控制。
50.另外，为了方便将燃烧室试验器100中的中介媒介排出，参见图1，在一些实施例中，进气段1上设有排出口16，排出口16与第一媒介腔15连通，以排出第一媒介腔15中的中间媒介。其中，排出口16可以设置于进气段1的侧壁上，并可以与同样设置在进气段1侧壁上的第一媒介腔15的入口和出口在周向上错开布置。这样，在试验结束之后，可以将中间媒介从排出口16排出。一些实施例中，排出口16处进一步设有出口盖，用于封闭排出口16，使得在中间媒介注入过程中或稳定试验过程中，可以利用出口盖将排出口16封闭，以免中间媒介在排出口16处发生泄漏，影响整个试验的顺利进行。
51.作为前述各实施例中进气段1的一种结构形式，参见图2和图3，进气段1包括第一进气管11和第二进气管12，第一进气管11通过第二进气管12与试验段2连接。空气流道14和第一媒介腔15设置于第二进气管12内，使得第二进气管12具有空气预热功能。第一进气管11内设有进气腔13。进气腔13与空气流道14连通，二者共同形成进气段1的进气通道。试验时，空气经由第一进气管11的进气腔13进入第二进气管12的空气流道14中，并在流经空气流道14的过程中，与中间媒介换热，温度升高，温度升高后的空气由空气流道14流至试验段2的燃烧腔22中，与喷入燃烧腔22中的燃油混合燃烧。由于空气在进入燃烧腔22之前已经被中间媒介预热，因此，更方便点火燃烧。
52.进一步参见图3-6，一些实施例中，第二进气管12内设有两组换热管17，这两组换热管17沿着第二进气管12的径向间隔布置，且每组换热管17均包括沿着第二进气管12周向间隔布置的多根换热管17，形成内外两圈管束。在这些换热管17中，每根换热管17的轴向均沿着第二进气管12的轴向，而每根换热管17的轴向两端则均固定于第二进气管12轴向两端的法兰43上。此时，第二进气管12形成列管式间接换热器，各换热管17的管腔形成空气流道14，换句话说，空气流道14包括多根换热管17的管腔，且第二进气管12内位于各换热管17外
部的空间形成包围空气流道14的第一媒介腔15，使得空气在流经各换热管17的过程中，进入第一媒介腔15中的中间媒介可以横掠各换热管17，将热量传递给各换热管17中的空气，产生空气预热的效果，实现第二进气管12的空气预热功能。
53.另外，作为前述各实施例中排气段3的一种结构形式，参见图2和图3，排气段3包括第一排气管31和第二排气管32，第二排气管32通过第一排气管31与试验段2连接。燃气流道34和第二媒介腔35设置于第一排气管31内，使得第一排气管31具有燃气冷却功能。第二排气管32内设有排气腔33。排气腔33与燃气流道34连通，二者共同形成排气段3的排气通道。试验时，燃烧后的高温燃气从燃烧腔22中流出后，先进入第一排气管31的燃气流道34中，并在流经燃气流道34的过程中，与中间媒介换热，温度降低，温度降低后的燃气从燃气流道34流至排气腔33中，从排气腔33的出口排出。由于燃气在排出之前已经被中间媒介冷却，因此，温度较低，可以满足排放标准的要求。
54.进一步参见图3和图7，在一些实施例中，第一排气管31大致呈沿排气方向渐缩的锥形，位于第一排气管31内部的燃气流道34和第二媒介腔35也均呈沿排气方向渐缩的锥形。此时，燃气流道34和第二媒介腔35的横截面积沿着排气方向逐渐变小，这样有利于提高排气段3，尤其是第一排气管31的整体温度均匀性。在燃气流经第一排气管31的过程中，随着燃气流动，燃气温度逐渐降低，所需换热面积逐渐减小。将燃气流道34和第二媒介腔35设置为渐缩的，与燃气温度逐渐降低，所需换热面积逐渐减小的这种规律相符，有利于提高提高排气段3，尤其是第一排气管31的整体温度均匀性。
55.综上，本公开实施例所提供的燃烧室试验器100，结构简单紧凑，且具有余热回收利用功能，其既可以对进口空气进行预热，达到节能目的，又可以降低排气温度，使排气温度满足排放标准。
56.基于所提供的燃烧室试验器100，本公开实施例还提供一种包括燃烧室试验器100的航空发动机试验系统。
57.以上所述仅为本公开的示例性实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。