一种可移动燃气导流装置及其使用方法与流程

1.本发明涉及一种燃气导流装置，具体涉及一种可移动燃气导流装置及其使用方法。


背景技术：

2.燃气导流装置在航天发动机地面试验的试车台以及火箭发射台均有使用。当火箭发动机点火时，燃气导流装置将火箭发动机产生的高温、高速燃气导流，使其远离试车台工位或火箭发射台的方向，以保护工位、台体设备及测控设备的安全。《科学新闻》第528卷第10期的文章“高温特种水泥打造火箭导流槽”中，介绍了一种火箭发射台所用的燃气导流装置(又称导流槽)，由低烧蚀率耐火混凝土浇筑而成。因火箭发射过程火焰冲击于燃气导流装置的时间较短(<10s)，采用低烧蚀率耐火混凝土浇筑的燃气导流装置，能够满足燃气导流要求，所以目前火箭发射台所使用的燃气导流装置多由低烧蚀率耐火混凝土浇筑而成，烧蚀率为0.06～0.09mm/s，为了防止高速燃气对混凝土进行直接冲击，燃气导流装置的部分位置还需加装防护钢板，并对表面进行喷水冷却。
3.航天发动机组合件指航天发动机的燃气发生器和推力室等装置的组合。航天发动机组合件试验时会喷出高速高温燃气(速度＜2马赫、总温＜2000k)，且试验时长通常在100s左右，所以燃气导流装置需能够承受长时间的高温高速燃气冲击，为满足不同航天发动机组合件的试验需求，燃气导流装置需能够调节与航天发动机组合件的燃气喷管之间的距离和燃气冲击角度，还需要改变燃气导流装置的导流型面以适应不同试验的燃气导流需求。
4.公告号为cn105971769b的中国发明专利“小型固体火箭发动机正立式试车燃气导流器”中，公开了一种用于小型固体火箭发动机正立式试车过程的燃气导流槽，其主要由导流体和支架组成，支架由处于导流体外侧的钢板组焊而成，支架内部焊接钢丝加强网，导流体由耐高温水泥浇筑在支架内部形成，其未采用喷水冷却方式，结构简单，适用于小型固体火箭发动机的燃气导流任务。
5.公告号为cn106123032b的中国发明专利“一种用于高温燃气的导流板装置”中，公开了基于沸腾相变吸热原理的燃气导流板结构，其主要适用于航空母舰上飞机发动机燃气的导流。该装置通过雾化相变提高了导流板的换热能力，可以快速降低导流板温度，满足航空母舰上飞机起飞时间较短、且需要多次起飞的要求。
6.但以上提到的三种燃气导流装置，均仅适用于燃气冲击时间较短的情况，且都不可移动、不可调节角度、不能灵活组合使用，不适用于航天发动机组合件的地面试验。


技术实现要素：

7.本发明的目的是解决现有燃气导流装置存在仅适用于燃气冲击时间较短的情况，且都不可移动、不可调节角度、不能灵活组合使用，不适用于航天发动机组合件地面试验的技术问题，提供一种可移动燃气导流装置及其使用方法。
8.为解决上述技术问题，本发明提供的技术解决方案如下：
9.一种可移动燃气导流装置，其特殊之处在于：包括燃气导流板、移动车、至少两个可调节长支撑杆、多个可调节短支撑杆和多个安装座；
10.所述燃气导流板为由面板、底板和四个侧板围成的箱体；箱体内设有n个相互平行的隔板，将箱体内区域分割为n 1个单独的通道，且每个隔板上均设有通水孔；所述n≥1；
11.所述底板的一侧与移动车铰接作为支撑端a，底板上靠近另一侧的部分通过所述可调节长支撑杆与移动车连接作为升降端b，可调节长支撑杆的两端与底板和移动车的连接均采用铰接，使燃气导流板可以支撑端a的铰接处为旋转中心，改变与移动车间的夹角；
12.所述四个侧板包括依次连接的第一侧板、第二侧板、第三侧板和第四侧板；其中，第一侧板靠近支撑端a，第三侧板靠近升降端b；第一侧板和第三侧板上分别设有冷却水入口和冷却水出口，且二者分别靠近第二侧板和第四侧板；
13.所述至少两个可调节长支撑杆在底板上沿垂直于第二侧板和第四侧板的方向并排设置；
14.所述面板上均匀设有斜孔式的喷水孔，喷水孔的出口倾向升降端b，且喷水孔的轴线与面板间的夹角为15
°
～40
°
；
15.所述移动车的四个侧壁上设置有多个侧向固定耳座；
16.所述多个可调节短支撑杆和多个安装座一一对应；可调节短支撑杆的一端通过连接件与安装座连接，另一端通过连接件与移动车靠近第一侧板和靠近第三侧板侧壁上的侧向固定耳座连接。
17.进一步地，所述可调节长支撑杆包括套筒、两个圆螺母、两个螺杆和两个锁紧螺母；
18.所述套筒的外壁中部设有旋转块；
19.所述两个圆螺母的内壁上分别设有旋向相反的内螺纹，外壁分别固连于套筒两端；
20.两个螺杆上分别设有与两个圆螺母的内螺纹相匹配的外螺纹，两个螺杆的一端固连有铰接用支撑杆耳座，另一端经圆螺母伸入套筒内；
21.所述锁紧螺母设置于圆螺母外侧，与螺杆螺纹连接。
22.进一步地，所述可调节短支撑杆与可调节长支撑杆的结构相同，且其套筒和螺杆的长度均比可调节长支撑杆的套筒和螺杆的长度短。
23.进一步地，所述隔板的数量为3个，将燃气导流板内部分隔成4个体积相等的通道。
24.进一步地，每个所述隔板上通水孔的数量为3个，孔径为50mm。
25.进一步地，所述喷水孔轴线与面板间的夹角为30
°
。
26.进一步地，为了便于安装其它部件或进行燃气导流板的吊装，所述面板分别与第一侧板和第三侧板相交处各延伸出一段面板，延伸面板下表面与相应侧板的外壁之间设有多个支撑板。
27.进一步地，所述连接件包括螺栓、螺母和垫片。
28.进一步地，所述旋转块为外六方旋转块。
29.同时，本发明还提供一种可移动燃气导流装置的使用方法，其特殊之处在于：采用上述的可移动燃气导流装置，包括以下步骤：
30.1)根据试验需要，确定燃气导流板的面板与燃气喷出源之间的距离，进而确定燃气导流板的试验位置；
31.2)根据试验需要，确定所需可移动燃气导流装置的数量；
32.若所需可移动燃气导流装置为一个，将该可移动燃气导流装置移动至已确定的试验位置，然后通过连接件将可调节短支撑杆的两端分别连接安装座和移动车的相应侧向固定耳座，调整所有可调节短支撑杆至合适长度，将所有安装座固定在试验位置的基座上；
33.若所需可移动燃气导流装置为多个，将多个可移动燃气导流装置移动至已确定的试验位置，所有可移动燃气导流装置并排设置，将相邻两个可移动燃气导流装置的移动车通过连接件和各自靠近第二侧板、第四侧板侧壁上的侧向固定耳座连接，然后通过连接件将可调节短支撑杆的两端分别连接安装座和移动车的相应侧向固定耳座，调整所有可调节短支撑杆至合适长度，将所有安装座固定在试验位置的基座上；
34.3)根据试验需要，确定燃气导流板的倾斜角度，通过调整可调节长支撑杆的长度，使燃气导流板旋转至已确定的倾斜角度；
35.4)根据燃气冲击的速度和温度参数，为可移动燃气导流装置选择合适的工作模式：
36.工作模式一
37.当燃气速度参数马赫数为0.8＜ma＜1.5、燃气温度参数为1000k＜t
燃气
＜2000k时，封堵冷却水出口，然后在冷却水入口处通入压力为0.6～1mpa的冷却水；在燃气冲击时，通入的冷却水全部从面板的喷水孔中喷出并汽化，对面板进行冷却；
38.工作模式二
39.当燃气速度参数马赫数为0.5＜ma＜1、燃气温度参数为800k＜t
燃气
＜1500k时，打开冷却水出口，在冷却水入口处通入压力为0.8～1mpa的冷却水；在燃气冲击时，通入的冷却水大部分从冷却水出口排出，少部分冷却水汽化后从面板的喷水孔中喷出以及汽化，通过对流传热，对面板进行冷却；
40.工作模式三
41.当燃气速度参数马赫数为0.2<ma<0.8、燃气温度参数为500k<t
燃气
<1000k、试验时间<10s且试验现场不允许存在大量水雾或冷却水时，关闭冷却水出口，在冷却水入口处通入冷却水直到燃气导流板中充满冷却水后，关闭冷却水入口；在燃气冲击时，冷却水汽化，从面板的喷水孔喷出，喷出的水蒸气与燃气掺混，形成一道保护膜，将燃气向面板的传热隔离，对面板进行冷却；
42.5)开始进行航天发动机组合件地面试验，并按照步骤4)所选择的工作模式对试验中喷出的燃气进行导流，直至试验结束；
43.6)将所有可调节长支撑杆调整至最短，使燃气导流板的升降端b旋转至最低位置，松开连接件、取下可调节短支撑杆。
44.本发明相比现有技术具有的有益效果如下：
45.本发明提供的可移动燃气导流装置及其使用方法，可满足航天发动机组合件地面试验所需的可承受燃气冲击时间长、可移动、可调节角度、可灵活拼接使用的要求，具体为：
46.1、本发明提供的可移动燃气导流装置及其使用方法，采用冷却水汽化冷却以及对流传热冷却的方式，降低了燃气导流过程中燃气导流板的自身温度，从而显著增加了燃气
导流板可承受燃气冲击的时间，满足航天发动机组合件地面试验中燃气导流的需求。
47.2、本发明提供的可移动燃气导流装置及其使用方法，采用移动车承载燃气导流板，可以调整燃气导流板与燃气喷出源之间的距离，采用可调节长支撑杆作为升降端b，采用铰接作为支撑端a，将燃气导流板安装在移动车上，从而可以实现燃气导流板的角度调节，进而实现了调整燃气冲击角度d的目的。
48.3、本发明提供的可移动燃气导流装置及其使用方法，多个可移动燃气导流装置的移动车之间可以利用移动车侧壁上设置的侧向固定耳座和连接件连接，使得燃气导流板可以灵活拼接进行使用，从而满足了不同航天发动机组合件地面试验需求。
49.4、本发明提供的可移动燃气导流装置及其使用方法，移动车和地面的安装座之间通过可调节短支撑杆连接，可调节短支撑杆通过伸缩可以适应不同地面安装环境，将移动车固定、拉紧，且易于缩短和拆卸，方便可移动燃气导流装置的移动和运输。
50.5、本发明提供的可移动燃气导流装置及其使用方法，针对不同的燃气冲击温度和速度参数，采用不同的工作模式，对燃气进行有效导向的同时，还节约了水资源。
附图说明
51.图1为本发明实施例中可移动燃气导流装置的结构示意图；
52.图2为本发明实施例中燃气导流板的结构示意图；
53.图3为本发明实施例中燃气导流板在隔板处的结构示意图；
54.图4为本发明实施例中燃气导流板内冷却水流向示意图；
55.图5为本发明实施例中燃气导流板的透视图；
56.图6为本发明实施例中可调节长支撑杆的结构示意图；
57.图7为本发明实施例中移动车的侧视图；
58.图8为本发明实施例中移动车的俯视图；
59.图9(a)为本发明实施例中相邻两个移动车相连接的结构示意图；
60.图9(b)为图9(a)的局部放大图；
61.图10为本发明实施例中可移动燃气导流装置导流燃气的示意图，图中，c为喷出的冷却水，d为燃气冲击角度；
62.附图标记如下：
[0063]1‑
燃气导流板、2
‑
移动车、3
‑
可调节长支撑杆、4
‑
可调节短支撑杆、5
‑
安装座、6
‑
面板、7
‑
底板、9
‑
隔板、10
‑
通水孔、11
‑
第一侧板、12
‑
第二侧板、13
‑
第三侧板、14
‑
第四侧板、15
‑
冷却水入口、16
‑
冷却水出口、17
‑
喷水孔、18
‑
侧向固定耳座、19
‑
套筒、20
‑
圆螺母、21
‑
螺杆、22
‑
锁紧螺母、23
‑
旋转块、24
‑
支撑杆耳座、25
‑
支撑板、26
‑
燃气喷出源、27
‑
燃气、28
‑
拉手。
具体实施方式
[0064]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明。
[0065]
一种可移动燃气导流装置，如图1至图10所示，包括燃气导流板1、移动车2、至少两个可调节长支撑杆3、多个可调节短支撑杆4和多个安装座5。所述燃气导流板1为由面板6、底板7和四个侧板围成的箱体；箱体内设有3个相互平行的隔板9，将箱体内区域分割为4个
单独且体积相等的通道，且每个隔板9上均设有3个通水孔10，孔径为50mm。当然，隔板9的数量可以根据具体需要进行设置，应为大于等于1的数字，且每个隔板9上通水孔10的数量也可以根据具体需要进行设置，但应至少为1个，即每个隔板9上必须有通水孔10，此结构利于水流快速流入燃气导流板1内各个区域，同时隔板9还可以对面板6起到支撑作用。
[0066]
所述底板7的一侧与移动车2铰接作为支撑端a，底板7上靠近另一侧的部分通过所述可调节长支撑杆3与移动车2表面连接作为升降端b，各个可调节长支撑杆3并排设置，可调节长支撑杆3的两端与底板7和移动车2之间均采用铰接连接，使燃气导流板1可以支撑端a的铰接处为旋转中心，改变与移动车2间的夹角。
[0067]
所述四个侧板包括依次连接的第一侧板11、第二侧板12、第三侧板13和第四侧板14；其中，第一侧板11靠近支撑端a，第三侧板13靠近升降端b；第一侧板11和第三侧板13上分别设有冷却水入口15和冷却水出口16，且二者分别靠近第二侧板12和第四侧板14；所述至少两个可调节长支撑杆3在底板7上沿垂直于第二侧板12和第四侧板14的方向并排设置；所述面板6上均匀设有斜孔式的喷水孔17，喷水孔17的出口倾向升降端b，且轴线与面板6间的夹角为15
°
～40
°
，在该范围内选取角度，打孔难度相对较低，且冷却水受到燃气冲击的阻力更小，更容易从面板6中喷出，优选，喷水孔17轴线与面板6间的夹角为30
°
。喷水孔17的直径为3mm，其数量n的选取依据以下原则：各喷水孔17的截面积总和应小于所述冷却水入口15的截面积。
[0068]
所述面板6分别与第一侧板11和第三侧板13相交处各延伸出一段面板6，延伸面板6下表面与相应侧板的外壁之间设有多个支撑板25，此结构可保护冷却水入口15和冷却水出口16免受燃气27冲击，且能够为面板6提供进一步的支撑。
[0069]
所述移动车2的框架由型钢拼接而成，其四个侧壁上设置有多个侧向固定耳座18，为了便于移动，移动车2侧壁上可设置拉手28，其底部滚轮包括万向轮和固定轮；所述多个可调节短支撑杆4和多个安装座5一一对应；可调节短支撑杆4的一端通过连接件与安装座5连接，另一端通过连接件与移动车2靠近第一侧板11和靠近第三侧板13侧壁上的侧向固定耳座18连接，用于保持移动车2的稳定，所述连接件包括螺栓、螺母和垫片，结构简单，易于装拆。
[0070]
所述可调节长支撑杆3包括套筒19、两个圆螺母20、两个螺杆21和两个锁紧螺母22；所述套筒19的外壁中部设有旋转块23(比如外六方旋转块，以便于进行外部旋转操作)；所述两个圆螺母20的内壁上分别设有旋向相反的内螺纹，外壁分别固连于套筒19两端；两个螺杆21上分别设有与两个圆螺母20的内螺纹相匹配的外螺纹，两个螺杆21的一端固连有铰接用支撑杆耳座24，另一端经圆螺母20伸入套筒19内；所述锁紧螺母22设置于圆螺母20外侧，与螺杆21螺纹连接，用于锁定螺杆21和套筒19之间的相对位置，也即锁定螺杆21和圆螺母20之间的相对位置。其中，圆螺母20与套筒19通过角焊缝焊接，套筒19与六方旋转块23通过角焊缝焊接。这种可调节支撑杆，结构简单，且操作方便。同时，可调节短支撑杆4与可调节长支撑杆3的结构相同，且其套筒19和螺杆21的长度均比可调节长支撑杆3的套筒19和螺杆21的长度短。
[0071]
一种可移动燃气导流装置的使用方法，采用上述可移动燃气导流装置，包括以下步骤：
[0072]
1)根据试验需要，确定燃气导流板1的面板6与燃气喷出源26之间的距离，进而确
定燃气导流板1的试验位置；
[0073]
2)根据试验需要，确定所需可移动燃气导流装置的数量是一个还是多个；
[0074]
若所需可移动燃气导流装置为一个，将该可移动燃气导流装置移动至已确定的试验位置，然后通过连接件将可调节短支撑杆4的两端分别连接安装座5和移动车2的相应侧向固定耳座18，调整所有可调节短支撑杆4至合适长度，将所有安装座5固定在试验位置的基座上；
[0075]
若所需可移动燃气导流装置为多个，将多个可移动燃气导流装置移动至已确定的试验位置，所有可移动燃气导流装置并排设置，将相邻两个可移动燃气导流装置的移动车2通过连接件(包括螺栓、螺母和垫片)和各自靠近第二侧板12、第四侧板14侧壁上的侧向固定耳座18(侧向固定耳座18的销孔处)连接，然后通过连接件将可调节短支撑杆4的两端分别连接安装座5和移动车2的相应侧向固定耳座18，调整所有可调节短支撑杆4至合适长度，将所有安装座5固定在试验位置的基座上；
[0076]
3)根据试验需要，确定燃气导流板1的倾斜角度，通过调整可调节长支撑杆3的长度，使燃气导流板1旋转至已确定的倾斜角度；
[0077]
4)根据燃气27冲击的速度和温度参数，为可移动燃气导流装置选择合适的工作模式：
[0078]
工作模式一
[0079]
当燃气速度参数马赫数为0.8＜ma＜1.5、燃气温度参数为1000k＜t
燃气
＜2000k时，封堵冷却水出口16，然后在冷却水入口15处通入压力为0.6～1mpa的冷却水；
[0080]
在燃气27冲击时，通入的冷却水全部从面板6的喷水孔17中喷出并汽化，对面板6进行冷却；
[0081]
工作模式二
[0082]
当燃气速度参数马赫数为0.5＜ma＜1、燃气温度参数为800k＜t
燃气
＜1500k时，打开冷却水出口16，在冷却水入口15处通入压力为0.8～1mpa的冷却水；
[0083]
在燃气27冲击时，通入的冷却水大部分从冷却水出口16排出，少部分冷却水汽化后从面板6的喷水孔17中喷出，通过对流传热以及汽化，对面板6进行冷却；
[0084]
工作模式三
[0085]
当燃气速度参数马赫数为0.2<ma<0.8、燃气温度参数为500k<t
燃气
<1000k、试验时间<10s且试验现场不允许存在大量水雾或冷却水时，关闭冷却水出口16，在冷却水入口15处通入冷却水直到燃气导流板1中充满冷却水后，关闭冷却水入口15；
[0086]
在燃气27冲击时，冷却水汽化，从面板6的喷水孔17喷出，喷出的水蒸气与燃气27掺混，形成一道保护膜，将燃气27向面板6的传热隔离，对面板6进行冷却；
[0087]
5)开始进行航天发动机组合件地面试验，并按照步骤4)所选择的工作模式对试验中喷出的燃气27进行导流，直至试验结束；
[0088]
6)将所有可调节长支撑杆3调整至最短，使燃气导流板1的升降端b旋转至最低位置，松开连接件、取下可调节短支撑杆4，拆除可调节长支撑杆3与升降端b之间的连接，将燃气导流板1和可调节长支撑杆3均平放在移动车2上(这样便于可移动燃气导流装置的转运和存放)，即可移走可移动燃气导流装置，待下次试验时使用。
[0089]
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，对于
本领域的普通专业技术人员来说，可以对前述实施例所记载的具体技术方案进行修改，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所保护技术方案的范围。