一种可调节喉道的引射器
技术领域
本发明涉及超声速风洞试验技术领域，尤其涉及一种可调节喉道的引射器。
背景技术
高超声速风洞运行时，为了实现喷管流场马赫数，喷管入口与出口试验段的静压需达到相应的压比才能满足启动条件，扩压器加引射器或真空罐的方式可以降低试验段静压,实现风洞的启动压比。引射器的作用原理是：高压引射气流经引射器喷管加速，加速后的引射气流在扩压器出口混合形成激波，每经过一道激波管内压力就会升高,促使气流排出。
引射器的喷管喉道是一个环形的缝，其缝的面积逐渐扩张，使气流加速形成超声速流动，现有的引射器喉道大小为固定的，不能随试验参数的变化进行调整，具有较大的局限性，因此需要根据不同试验参数对引射器进行更换，不仅提高购置引射器的成本，还增加了更换引射器的工作量，十分不便。
因此，针对以上不足，需要提供一种可调节喉道的引射器。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决现有的引射器无法调节喉道口径宽窄的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可调节喉道的引射器，包括外筒和内筒，外筒一端套接在内筒外，外筒与内筒之间通过连接螺栓固连，内筒伸入外筒的外端面上开设有内张斜面和外张斜面，内张斜面与外张斜面之间的空间夹角为优角，外筒内侧面开设有内扩斜面，内扩斜面沿气体流动方向逐渐与外筒内壁贴合，内张斜面与外张斜面相交形成的顶角外径与外筒内径相同，内张斜面与外张斜面相交形成的顶角与内扩斜面之间的空间为喉道，外筒上固连有若干根进气管，进气管与喉道相通，喉道与外筒内空间相通。
通过采用上述技术方案，利用内筒与外筒之间的相对移动，使内张斜面与外张斜面相交形成的顶角在内扩斜面的水平方向移动，因该顶角与内扩斜面的间距出现变化，则喉道口径也会相应变化，实现喉道口径的调节，进而能使引射器可适配不同参数下的风洞试验，提高引射器的适用性，同时仅通过开设内扩斜面、内张斜面和外张斜面配合内筒和外筒的相对移动即实现喉道口径的改变，大大降低试验成本，且生产该引射器的难度低，则生产成本也低。
作为对本发明的进一步说明，优选地，内扩斜面、内张斜面和外张斜面与水平面的夹角均为15°。
通过采用上述技术方案，不仅能够实现对喉道口径的调节，还能保证内筒和外筒位于喉道部具有良好的结构强度，能使高压引射气流顺利通过喉道的同时，最大限度降低高压引射气流对内筒和外筒的冲击，使内筒和外筒结构不会产生弹性形变，保障内筒和外筒能长时间稳定工作。
作为对本发明的进一步说明，优选地，外筒内壁与内筒外壁上均开设有换向气流腔，外筒的换向气流腔和内筒的换向气流腔相通，进气管和喉道均与换向气流腔相通。
通过采用上述技术方案，使高压引射气流在进入喉道部换向时能够进行缓冲，避免气流直接换向而对内筒壁以及内张斜面造成较大冲击，保障内筒结构稳定。
作为对本发明的进一步说明，优选地，外筒与内筒端口处分别固连有圆盘状的法兰，连接螺栓插接在所述法兰内，所述法兰之间插接有调节密封垫片。
通过采用上述技术方案，利用在法兰之间插接不同厚度的调节密封垫片，即可实现内筒和外筒的相对移动，并且能保证内筒和外筒相对移动后，喉道口径尺寸的稳定性，更换方式简单易行，操作难度低。
作为对本发明的进一步说明，优选地，调节密封垫片的厚度介于5mm～25mm之间。
通过采用上述技术方案，不仅能保证内筒和外筒之间具有良好的气密性，还能避免因密封垫片过长而导致内筒和外筒连接不稳的问题，保证在高压气流的冲击下，喉道口结构稳定，不会产生较大晃动。
作为对本发明的进一步说明，优选地，内筒外侧固连有扩压器，扩压器两端为敞口的喇叭状，扩压器一侧的敞口端与内筒一体连接，扩压器另一侧的敞口端架设有试验段，试验段一侧固连有喷管。
通过采用上述技术方案，扩压器两个端头均为敞口，可有助于气体流入，同时能够快速稳压静压。
作为对本发明的进一步说明，优选地，扩压器内壁开设有冷却水道，冷却水道两端延伸至扩压器的敞口端，内筒筒壁内开设有内腔，所述内腔延伸至内张斜面下，所述内腔与冷却水道相通。
通过采用上述技术方案，使冷却水道内的水可以流至内筒中，不仅能起到对内筒的冷却作用，同时还能起到辅助支撑内张斜面的作用，实现既能提高冷却效果，又能避免内筒受气体压力过大而使筒壁内凹变形的问题。
作为对本发明的进一步说明，优选地，扩压器与试验段相接端间隔固连有若干根进水管，内筒外侧面上间隔固连有若干个出水管，进水管与冷却水道相通，出水管与所述内腔相通。
通过采用上述技术方案，保证冷却水能流经扩压器和内筒中，实现对扩压器和内筒的高效冷却。
作为对本发明的进一步说明，优选地，试验段上固连有调节螺栓，调节螺栓上螺纹连接有两个螺母，扩压器与试验段的连接端外固连有法兰，所述法兰套入调节螺栓外并位于两个螺母之间。
通过采用上述技术方案，可调节扩压器入口端与喷管出口端的间距，以实现调节扩压器单位时间内流入的气体流量，便于进行更多不同参数的试验。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
本发明通过在外筒内壁面开设一定角度收缩的内扩斜面，以及在内筒外壁面开设内张斜面和外张斜面，以形成一个收缩、扩张的环形引射喷管；再通过调节内筒伸入外筒的距离而改变喉道的面积，满足不同来流条件下引射器的最佳引射效果；同时扩压器的出口作为引射器内筒的一部分连接在一起，采用双层水冷结构，可以承受高温气流。
附图说明
图1是本发明的引射器安装剖面图；
图2是本发明的引射器剖面图；
图3是本发明的喉道宽为5.13mm时的气流等压线图；
图4是本发明的喉道宽为2.54mm时的气流等压线图。
图中：1、外筒；11、连接螺栓；12、内扩斜面；13、换向气流腔；14、进气管；15、调节密封垫片；2、内筒；21、内张斜面；22、外张斜面；3、喉道；4、喷管；5、试验段；6、扩压器；61、冷却水道；62、进水管；63、出水管；7、调节螺栓。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种可调节喉道的引射器，结合图1、图2，包括外筒1和内筒2，外套1为阶梯状圆管道，内筒2为喇叭状管道，外筒1一端套接在内筒2外，外筒1与内筒2之间通过连接螺栓11配合螺母固连。内筒2外侧固连有扩压器6，扩压器6两端为敞口的喇叭状，可有助于气体流入，同时能够快速稳压静压；扩压器6一侧的敞口端与内筒2一体连接，扩压器6另一侧的敞口端架设有试验段5，试验段5一侧固连有喷管4。
结合图1、图2，试验段5上固连有调节螺栓7，调节螺栓7上螺纹连接有两个螺母，扩压器6与试验段5的连接端外固连有法兰，所述法兰套入调节螺栓7外并位于两个螺母之间，通过旋动两个螺母在调节螺栓7的位置，可调节扩压器6入口端与喷管4出口端的间距，以实现调节扩压器6单位时间内流入的气体流量，便于进行更多不同参数的试验。
结合图1、图2，内筒2伸入外筒1的外端面上开设有内张斜面21和外张斜面22，内张斜面21与外张斜面22之间的空间夹角为优角，外筒1内侧面开设有内扩斜面12，内扩斜面12沿气体流动方向逐渐与外筒1内壁贴合，内张斜面21与外张斜面22相交形成的顶角外径与外筒1内径相同，其中，内扩斜面12、内张斜面21和外张斜面22与水平面的夹角均为15°。内张斜面21与外张斜面22相交形成的顶角与内扩斜面12之间的空间为喉道3，外筒1上固连有若干根进气管14，进气管14与喉道3相通；外筒1内壁与内筒2外壁上均开设有换向气流腔13，外筒1的换向气流腔13和内筒2的换向气流腔13相通，进气管14和喉道3均与换向气流腔13相通。
结合图1、图2，外筒1与内筒2端口处分别固连有圆盘状的法兰，连接螺栓11插接在所述法兰内，所述法兰之间插接有调节密封垫片15，调节密封垫片15为橡胶环，调节密封垫片15的厚度介于5mm～25mm之间；设置不同厚度的调节密封垫片15，利用在法兰之间插接不同厚度的调节密封垫片15，即可实现内筒2和外筒1的相对移动，并且能保证内筒2和外筒1相对移动后，喉道3口径尺寸的稳定性，更换方式简单易行，操作难度低。并且通过大量实验可知，将调节密封垫片15设置在5mm～25mm之间，不仅能保证内筒2和外筒1之间具有良好的气密性，还能避免因调节密封垫片15过长而导致内筒3和外筒2连接不稳的问题，保证在高压气流的冲击下，使喉道3口结构稳定，不会产生较大晃动。
综上所述，本发明在需要调节喉道3的口径时，先通过设计选用相应厚度的调节密封垫片15，并将其安装在外筒1和内筒2的法兰之间，此时相较于原调节密封垫片15，由于厚度改变，则内筒2和外筒1产生了相对移动，利用内筒2与外筒1之间的相对移动，使内张斜面21与外张斜面22相交形成的顶角在内扩斜面21的水平方向移动，因该顶角与内扩斜面21的间距出现变化，则喉道3口径也会相应变化，实现喉道3口径的调节，进而能使引射器可适配不同参数下的风洞试验，提高引射器的适用性，同时仅通过开设内扩斜面12、内张斜面21和外张斜面22配合内筒2和外筒1的相对移动即实现喉道3口径的改变，大大降低试验成本，且生产该引射器的难度低，则生产成本也低。
本发明提供一组对比试验，其中引射入口压力均为5MPa，扩压器入口流量均为0.05kg/s，将喉道宽分别设为5.13mm和2.54mm，通过分析得出图3、图4的结果，根据图3和图4的等压线图分析，则有：当喉道为5.13mm时，引射在上游入口形成的静压为5000Pa，静压较高，不能满足实验需要，因此，调节喉道间隙，当喉道为2.54mm时，引射在上游入口形成的静压为2000Pa，达到实验要求。
还可得知，将内扩斜面12、内张斜面21和外张斜面22均设为小角度，不仅能够实现对喉道3口径的调节，还能保证内筒2和外筒1位于喉道3部具有良好的结构强度，能使高压引射气流顺利通过喉道3的同时，最大限度降低高压引射气流对内筒2和外筒1的冲击，使内筒2和外筒1结构不会产生弹性形变，保障内筒2和外筒1能长时间稳定工作。
结合图1、图2，待喉道3口径调节完毕后，进气管14内通入高压引射气体，在换向气流腔13的作用下，使高压引射气流在进入喉道3部换向时能够进行缓冲，避免气流直接换向而对内筒2壁以及内张斜面21造成较大冲击，保障内筒2结构稳定。
结合图1、图2，扩压器6内壁开设有冷却水道61，冷却水道61两端延伸至扩压器6的敞口端，扩压器6与试验段5相接端间隔固连有若干根进水管62，内筒2外侧面上间隔固连有若干个出水管63，进水管62与冷却水道61相通，内筒2筒壁内开设有内腔，所述内腔延伸至内张斜面21下，所述内腔与冷却水道61相通，出水管63也与所述内腔相通，设置进水管62和出水管63保证冷却水能流经扩压器6和内筒2中，实现对扩压器6和内筒2的高效冷却，开设内腔使冷却水道61内的水可以流至内筒2中，不仅能起到对内筒2的冷却作用，同时还能起到辅助支撑内张斜面21的作用，实现既能提高冷却效果，又能避免内筒2受气体压力过大而使筒壁内凹变形的问题。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
