一种带整流格栅的低总温空气加热器

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，特别涉及一种带整流格栅的低总温空气加热器。

背景技术

基于火箭发动机多阵列离散喷嘴喷注燃烧原理的燃气发生器或空气加热器在航空航天领域有广泛应用，它将氧化剂和燃料按照设计要求的混合比组织燃烧，获得符合一定压力、温度、流量和速度参数要求的燃气，以实现特定的目的，如产生引射气流、驱动涡轮、产生弹射气流等，具有系统简单、可靠，无毒无污染，可重复、快速起动等特点。

其中，空气加热器是地面风洞设备的重要组成部分。一般用于地面模拟飞行器在高空高速飞行时所处的总温总压气流流动状态。空气加热器一般需要保持燃烧产物中的氧气含量不变，因此需要额外的补入燃烧所消耗的氧气。

地面风洞分为外流风洞和内流风洞，外流风洞一般用于飞行器的外表面气动性能研究。内流风洞又称为推进风洞，一般用于研究吸气式发动机的燃烧工作性能。总温指标是加热器的一个关键性能参数。不同的总温大小，对应于不同的飞行器模拟弹道范围。

在较低总温条件下，传统采用喷注面板集中燃烧加热的加热器方案面临着空气掺混量过大，加热器点火困难和燃烧效率低的特点，在加热器内部的燃烧组织有很大的困难。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种带整流格栅的低总温空气加热器，能够高效率地获得较低温度的加热空气。其具体方案如下：

一种带整流格栅的低总温空气加热器，包括依次可拆卸连接且气流相通的空气加热器、水冷却段、掺混格栅段和整流段；

所述掺混格栅段包括掺混盖和格栅板；

所述掺混盖包括固定相接的盖板和圆环状盖体，所述盖体上设置有可与外部冷空气相连通的掺混空气接嘴，所述盖板上设置有多个盖板孔；

所述格栅板包括板体和其上设置的多个可与各所述盖板孔插接的中空套筒，所述套筒贯穿所述板体并延伸至所述盖板孔的外侧面，另外，所述板体上还设置有多个喷射孔。

优选地，各所述套筒为间隔设置，其沿所述板体的圆周呈阵列分布。

优选地，所述喷射孔沿所述套筒的外周阵列分布。

优选地，所述水冷却段包括套接的外部水冷壳体和内部夹层，所述夹层外表面设置有若干沿其轴向延伸的冷却水槽道，所述夹层内为空气容纳腔；

所述水冷壳体的内侧两端分别设置有第一冷却水集流槽和第二冷却水集流槽，两者分别与所述冷却水槽道的两端相连通；所述水冷壳体外侧两端还分别设置有第一冷却水接嘴和第二冷却水接嘴，其中所述第一冷却水集流槽与所述第一冷却水接嘴相连通，所述第二冷却水集流槽与所述第二冷却水接嘴相连通。

优选地，所述水冷却段和所述整流段之间通过第一法兰和第二法兰相连接；所述第一法兰设于所述水冷却段的末端，所述第二法兰设于所述整流段的前端，所述掺混格栅段设于第一法兰和第二法兰之间。

优选地，所述整流段的末端设置有排出口。

通过以上方案可知，本申请提供了一种带整流格栅的低总温空气加热器，该空气加热器具有以下有益效果：

1.本发明中空气加热器产生的1600-1800K的高温空气依次经过水冷却段和掺混格栅段，从而将高温空气降温至400-900K，且由于掺混格栅段的结构设置,使获得的低温空气均匀性比较好，有利于真实模拟飞行器发动机燃烧室下一阶段的入流条件。

2.本发明通过水冷却段和掺混格栅段实现了高温区和低温区隔离设计的方法，高温区独立工作，保证了可靠的点火和高效率燃烧性能，低温区用于温度调整，可以获得较为准确的温度调节范围。

3.本发明的掺混格栅段一方面用于调温空气的补入均匀掺混，另一方面可用于掺混后加热空气的整流，保证了加热器空气的出口品质。

4.本发明的高温区采用了壁面的水冷却槽道设计，可以长时间工作。

5.本发明中掺混格栅段的空气可以逆流喷出，能够避免加热器直接燃烧产生的高温气体直接冲刷到掺混格栅段，由此对掺混格栅段进行了有效的热隔离，使其能够适应长时间工作的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种带整流格栅的低总温空气加热器立体结构示意图；

图2是图1的主视图；

图3是图2中A-A面剖视示意图；

图4是图2中B-B面剖视示意图；

图5是图2中C-C面剖视示意图；

图6是图1中夹层的立体结构示意图；

图7是图1中掺混格栅段的立体结构示意图；

图8是图7的部分剖面立体结构示意图；

图9是图7中格栅板的立体结构示意图；

图10是图7中掺混盖的立体结构示意图。

附图标记：1空气加热器；2水冷却段；20水冷壳体；200第一冷却水集流槽；201第二冷却水集流槽；21夹层；210冷却水槽道；23第一法兰；24第一冷却水接嘴；25第二法兰；26第二冷却水接嘴；3掺混格栅段；30掺混盖；301盖体；302盖板；303盖板孔；31格栅板；310套筒；311喷射孔；32掺混空气接嘴；4整流段；40排出口。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1-10，图1是本发明实施例提供的一种带整流格栅的低总温空气加热器立体结构示意图；图2是图1的主视图；图3是图2中A-A面剖视示意图；图4是图2中B-B面剖视示意图；图5是图2中C-C面剖视示意图；图6是图1中夹层的立体结构示意图；图7是图1中掺混格栅段的立体结构示意图；图8是图7的部分剖面立体结构示意图；图9是图7中格栅板的立体结构示意图；图10是图7中掺混盖的立体结构示意图。

本申请所提供的一种带整流格栅的低总温空气加热器，包括空气加热器1、水冷却段2、掺混格栅段3和整流段4四个部分，各部分之间可拆卸连接且气流相通，并且各部分沿气流方向从前至后依次设置。

空气加热器1产生的加热空气气流依次经水冷却段2、掺混格栅段3以及整流段4，最后排出所需参数的加热空气。其中空气加热器1采用现有技术中的空气加热器，能够将空气加热至1600-1800K。整流段4的末端设置有排出口40，方便气流排出提供给发动机的下一阶段工作的需要。

上述低总温空气加热器中，掺混格栅段3包括掺混盖30和格栅板31。

掺混盖30包括固定相接的盖板302和圆环状盖体301，两者可以一体成型，两者形成一个一侧底面开放的圆柱体容纳腔，用于容纳格栅板31。另外，盖体301上设置有可与外部冷空气相连通的掺混空气接嘴32，盖板302上设置有多个盖板孔303。

格栅板31包括板体和其上设置的多个可与各盖板孔303匹配插接的中空套筒310，通常盖板孔303可设置为圆柱形通孔，套筒310则相应地设置为中空的圆柱体，当然两者为可匹配的其他形状也是可行的。各套筒310贯穿所述板体并延伸至盖板孔303的外侧面，也即套筒310为整体贯穿的中空套筒。各套筒310之间优选为间隔设置，其沿所述板体的圆周呈阵列分布。

另外，所述板体上还设置有多个喷射孔311，喷射孔311可沿各套筒310的外周阵列分布。

上述低总温空气加热器器中，热空气经过水冷却段2进行第一次降温以后，通常不能满足降温需求，因此进一步通过掺混格栅段3的设置来实现第二次降温，第二次降温的原理如下：

在掺混格栅段3中，外部的冷空气可以通过掺混空气接嘴32流至各套筒310之间的间隙处，对各套筒310进行降温，进而对流经各套筒310中的热空气进行降温；同时，冷空气充满各套筒310之间的间隙后，会通过喷射孔311逆流喷射至水冷却段2内部，即从格栅板31的板体一侧向背离掺混盖30的一侧喷射，与热空气的流向相反，从而可以使该冷空气与水冷却段内的热空气进行掺混降温，该逆流喷射的冷空气还可以兼顾保护格栅板3的板体的作用，防止其受到热空气侵袭。

经过上述第二次降温后的热空气可达到400-900K范围的低温，掺混后的空气经套筒310进入整流段4内进行整流，由此获得的热空气的温度均匀性比较好。

上述低总温空气加热器中，水冷却段2可以进一步设置：

水冷却段2包括套接的外部水冷壳体20和内部夹层21，夹层21的外表面设置有若干沿其轴向延伸的冷却水槽道210，各冷却水槽道210通常呈均匀分布，夹层21内为热空气容纳腔。

水冷壳体20的内侧两端分别设置有第一冷却水集流槽200和第二冷却水集流槽201，两者分别与各冷却水槽道210的两端相连通；水冷壳体20外侧两端还分别设置有第一冷却水接嘴24和第二冷却水接嘴26，其中第一冷却水集流槽200与第一冷却水接嘴24相连通，第二冷却水集流槽201与第二冷却水接嘴26相连通。

使用中，冷却水经第一冷却水接嘴24进入第一冷却水集流槽200，而后经过夹层的冷却水槽道210，流至第二冷却水集流槽201，而后经第二冷却水接嘴26流出。反之冷却水经第二冷却水接嘴26进入，第一冷却水接嘴24流出亦可。如此形成冷却水循环，对水冷却段2的内部夹层21进行冷却，起到保护效果。同时，经空气加热器1加热产生的热空气流至水冷却段2时，该冷却水可以对其热空气进行降温。

另外，水冷却段2和整流段4之间可通过第一法兰23和第二法兰25相连接；第一法兰23设于水冷却段2的末端，第二法兰25设于整流段4的前端，掺混格栅段3设于第一法兰23和第二法兰25之间，方便了掺混格栅段3的更换和维修。

本申请涉及的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。