一种开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置

摘要

本申请公开了一种开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置，包括实验平台、一个竖直射流喷嘴、两个斜置射流喷嘴、能够上下升降的支架、以及设置在支架上的水平距离调节机构、角度调节机构和偏移量调节机构。采用上述结构后，上述水平距离调节机构，能用于两个斜置射流喷嘴的射流撞击前长度参数的连续调节。上述角度调节机构，能用于两个斜置射流喷嘴的射流撞击角参数的连续调节。偏移量调节机构，能用于两个斜置射流喷嘴的射流偏移量参数的连续调节。另外，上述3个调节机构巧妙利用千分尺或几何放大原理，调节精度高，操作简单直观、结构紧凑、可靠性高、试验精度高，维修方便。

说明书

技术领域

本申请涉及一种射流撞击雾化试验装置，属于液体火箭发动机技术领域；特别是一种开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置。

背景技术

目前，关于液体雾化的理论模型还不完备，液体雾化特性主要依靠半经验公式和试验研究来获得，因此液体雾化特性的研究对试验装置提出了更为细致的要求。运用于液体雾化特性研究的试验装置很多，主要包括压力旋流式、直流撞击式、同轴式等型式。

直流撞击式喷嘴作为一种很有效的雾化和混合型式，该类型喷嘴利用液体的动压头使沿相反方向运动的液流失稳，从而使液体破碎成液带和液滴。由于结构简单、加工方便，直流撞击式喷嘴在雾化冷却装置、内燃机及火箭发动机上得到广泛应用。但是，目前直流撞击式喷嘴的设计分析方法远不如同轴式喷嘴那么完善，这主要是由于缺乏对撞击射流的主要雾化机理及其后的混合过程的足够认识。因此，通过直流撞击式喷嘴雾化实验的研究，对指导直流撞击式喷嘴构型设计和工作参数的确定有着重要意义。

对于撞击式液体雾化试验装置而言，现有的试验装置均采用机构固定的方式，即将构型固定的射流撞击式喷嘴固定于试验支架上，一次只能完成一个喷嘴构型（也即一种试验参数下）的实验。然而，实验研究需要做大量的不同工况和试验参数下的试验，如果针对每一试验参数条件下的试验重新设计制造一套试验装置，不仅造成不必要的资源浪费、增加试验成本，还会导致研究周期延长、大大降低试验研究的效率。

申请内容

本申请要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种射流撞击前长度、射流撞击角和射流撞击偏移量等多参数能连续可调、操作简单直观、结构紧凑、可靠性高、试验精度高，维修方便的开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：

    一种开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置，包括实验平台和固定设置于实验平台上方的三个射流喷嘴。

    所述实验平台上至少设置有一根立柱和一个能沿立柱上下滑移的支架。

    所述支架包括一个水平底架和带有支架横梁的前侧架。

三个所述射流喷嘴为一个竖直射流喷嘴和两个斜置射流喷嘴；其中，所述竖直射流喷嘴固定设置在支架横梁的底部中心；两个所述斜置射流喷嘴分别设置在竖直射流喷嘴的两侧。

所述水平底架上设置有水平距离调节机构，用于调节两个斜置射流喷嘴的射流撞击前长度。

    所述水平距离调节机构，包括设置于水平底架上的两个能水平左右滑移的滑块，以及两个用于调节滑块水平滑移的水平位移调节装置；每个滑块的前侧固定连接一个斜置射流喷嘴。

    位于两个所述滑块后侧的水平支架上还设置有两个角度调节机构，分别用于调节相应斜置射流喷嘴的射流撞击角。

    每个角度调节机构，均包括一个呈扇形的角度盘、一根连接轴和一个角度调节旋钮。

    每个所述角度盘的外周设置有齿牙，每个所述角度调节旋钮内置有与齿牙相啮合的精密螺纹。

    每根所述连接轴的一端与角度盘固定连接，连接轴的另一端能从相应的一个滑块中穿出并能相对该滑块转动；所述连接轴的穿出端与相应滑块前侧固定的斜置射流喷嘴固定连接。

    每个所述滑块与其前侧固定的斜置射流喷嘴之间，还设置有偏移量调节机构，该偏移量调节机构包括一个偏移调节螺杆和一个偏移量调节旋钮。

    每根所述连接轴的穿出端固定连接有一块安装板，所述偏移量调节机构固定连接在安装板上。

    每个所述滑块的后侧设置有一根限位挡条。

    每个所述角度盘上均设置有角度刻度线。

    每个所述角度盘旋转调节的精度为30″。

    每个所述水平位移调节装置均包括一根与滑块固定连接的水平连接杆，该水平连接杆的顶端依次设置有内置精密螺杆的微分筒、内置螺母的固定套筒和水平距离调节旋钮。

    所述水平位移调节装置的调节精度为10微米。

    所述支架横梁上还设置有用于调节竖直射流喷嘴轴向高度的高度调节旋钮。

    所述水平支架的后侧设置有等腰三角形的后侧架，所述立柱有两根，立柱的顶端设置有横梁，所述后侧架上设置有与横梁相连接的支架高度调节螺杆。

本申请采用上述结构后，具有如下有益效果：

1.上述水平距离调节机构，巧妙利用了千分尺的原理，能连续精确地用于调节两个斜置射流喷嘴的射流撞击前长度。射流撞击前长度的调节，操作方便，调节精度高，能精确到10微米，实验的重复性及可靠性高。

2.上述角度调节机构，巧妙利用了几何放大原理，能连续精确地用于调节两个斜置射流喷嘴的射流撞击角。射流撞击角的调节，操作方便，调节精度高，能精确到30″，实验的重复性及可靠性高。

3.上述偏移量调节机构，也巧妙利用了千分尺的原理，能连续精确地用于两个斜置射流喷嘴的射流撞击偏移量的调节，能使2个或3个射流喷嘴位于同一个平面内进行射流撞击，也可以使2个或3个射流喷嘴在一个立体空间内进行撞击。射流撞击偏移量的调节，操作方便，调节精度高，也能精确到10微米，实验的重复性及可靠性高。

4.上述竖直射流喷嘴的设置，通过对竖直射流喷嘴的打开或闭合控制，能够实现两股或三股射流的撞击实验。

5.上述射流喷嘴，可拆卸或更换为不同型号，维修方便，并能满足不同实验的要求。

    综上所述，本申请弥补了现有相关试验装置不能实现多试验参数连续调节的缺陷，降低了试验成本，且本申请的试验装置操作简单、直观，结构紧凑，具有高可靠性和试验精度。

附图说明

图1显示了本申请一种开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置的立视图；

图2显示了水平距离调节机构、角度调节机构和偏移量调节机构的局部结构示意图；

图3显示了本申请一种开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置的正视图；

图4显示了本申请一种开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置的后视图；

图5显示了本申请中开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置的左侧视图。

其中有：10.实验平台；20.立柱；21.竖直滑槽；22.流量计；23.横梁；231.压力表；30.支架；31.水平底架；311.导轨；32.前侧架；321.支架横梁；322.高度调节旋钮；323.竖直射流喷嘴固定件；33.后侧架；34.支架高度调节螺杆；40.水平距离调节机构；41.滑块；411.限位挡条；42.水平连接杆；43.固定套筒；44.微分筒；45.水平距离调节旋钮；50.角度调节机构；51.角度盘；511.齿牙；512.角度刻度线；52.角度调节旋钮；53.连接轴；54.安装板；60.偏移量调节机构；61.偏移量调节旋钮；62.偏移调节螺杆；63.斜置射流喷嘴固定件；70.射流喷嘴；71.竖直射流喷嘴；72.斜置射流喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本申请作进一步详细的说明。

如图1、图3、图4和图5所示，一种开放环境下多参数连续可调型射流撞击雾化试验装置，包括实验平台10、立柱20、支架30、水平距离调节机构40、角度调节机构50、偏移量调节机构60和3个射流喷嘴70。其中，3个射流喷嘴70为：一个竖直射流喷嘴71和设置在竖直射流喷嘴71两侧的两个斜置射流喷嘴72。

如图1所示，试验平台10是整个试验装置的支撑台，并可以放置其它的试验测量仪器。

上述立柱20固定设置在实验平台20上。立柱20可以为1根、2根、4根或多根。如图1、图3和图4所示，立柱20优选为2根，两根立柱20的内侧均设置有一个竖向滑槽21，其中一根立柱20上设置有流量计22，流量计22能用于检测与控制流向射流喷嘴70内的流体的流量大小。两根立柱20的顶端设置有横梁23，横梁23上设置有至少一个压力表231，优选为三个。每个压力表231连接1个射流喷嘴70，用于检测与控制每个对应射流喷嘴70的入口压力或喷射压力。

上述支架30安装在两根立柱20的竖向滑槽21内，支架30能沿着竖向滑槽21上下滑移。支架30包括一个水平底架31、设置于水平底架31前侧的前侧架32和设置于水平底架31后侧的后侧架33。

水平底架31内设置有导轨311和水平距离调节机构40。其中，导轨311沿水平方向（即X方向）设置。

前侧架32带有一根支架横梁321，如图1和图3所示，支架横梁321的正中心设置有高度调节旋钮322，该高度调节旋钮322固定连接有一个竖直喷嘴固定件323。竖直喷嘴固定件323上可拆卸连接有一根竖直射流喷嘴71，故能方便地对竖直射流喷嘴71进行拆卸或更换。

高度调节旋钮322的设置方式，可与水平距离调节机构40的后续具体设置方式相同，也可采用千分尺的原理，能精确到10微米。高度调节旋钮322能对竖直射流喷嘴71的射流撞击前长度，也即竖直射流喷嘴71的轴向高度，进行调节。

    如图4所示，上述后侧架33，优选为等腰三角形，在保证支架30稳固的同时，能节省材料，成本低。等腰三角形的顶点处设置有与横梁23相连接的支架高度调节螺杆34。通过调节支架高度调节螺杆34，即能有效控制支架30的轴向升降高度。

上述水平距离调节机构40，用于调节与其对应的斜置射流喷嘴72的射流撞击前长度。

如图2所示，水平距离调节机构40，包括设置于水平底架31上的两个能水平左右滑移的滑块41，以及两个用于调节滑块41水平滑移的水平位移调节装置。每个滑块41的前侧固定连接一个斜置射流喷嘴72。

每个水平位移调节装置均包括一根与滑块41固定连接的水平连接杆42，该水平连接杆42的顶端依次设置有内置精密螺杆的微分筒44、内置螺母的固定套筒43和水平距离调节旋钮45。

经过上述结构设置后，精密螺杆、水平连接杆42、与水平连接杆42连接的滑块41以及设置于该滑块41前侧的斜置射流喷嘴72，将形成一个整体结构。

每个水平位移调节装置均采用了千分尺的原理，由水平距离调节旋钮45带动微分筒44旋转；微分筒44带动内部的精密螺杆相对于嵌套在固定套筒43中的螺母旋转，从而实现精密螺杆的水平移动。精密螺杆的水平移动，带动与精密螺杆形成整体结构的斜置射流喷嘴72的水平移动；从而能够调整该斜置射流喷嘴72的射流撞击前长度。

    另外，固定套筒43内设有长度刻度标线。

    作为进一步改进，通过对微分筒44中精密螺杆的精密加工，如将精密螺杆中的0.5毫米螺距等分为50份，则水平位移调节装置的调节精度能达到10微米。从而，调节精度高，实验的重复性及可靠性高。

     如图1、图3和图4所示，上述角度调节机构50有两个，均设置在滑块41后侧的水平支架31上，分别用于调节相应斜置射流喷嘴72的射流撞击角。

    如图2所示，每个角度调节机构50，均包括一个呈扇形的角度盘51、一根连接轴53、一块安装板54和一个角度调节旋钮52。

每个角度盘51的扇形角度，可根据实际需要调整的射流撞击角进行调整，优选为60度。每个角度盘51的圆弧外周上均设置有经过精密加工的齿牙511，每个角度调节旋钮52内置有与齿牙511相啮合的精密螺纹。

作为进一步改进，每个角度盘51上均设置有角度刻度线512，在角度调节旋钮52上设有微分盘。角度调节旋钮52中的精密螺纹，经过精细加工，如将30′角等分为60份，则每个角度盘51的旋转调节精度能达到30″。

上述连接轴53的一端与角度盘51固定连接，连接轴53的另一端能从相应的一个滑块41中穿出并能相对该滑块41转动，每根连接轴53的穿出端上均固定连接有一块安装板54。

每块上述安装板54上均固定连接有一个偏移量调节机构60和一个斜置喷嘴固定件63。每个斜置射流喷嘴72与斜置喷嘴固定件63之间为可拆卸连接，从而能方便地对斜置射流喷嘴72进行拆卸与更换。

每个角度调节机构50均采用了几何放大原理，旋转角度调节旋钮52，则角度调节旋钮52带动角度盘51旋转；角度盘51通过连接轴53带动固定在斜置喷嘴固定件63上的斜置射流喷嘴72旋转，从而改变射流撞击的角度。

每个滑块41的后侧设置有一根限位挡条411，该限位挡条411能用于限定相应斜置喷嘴固定件63的最小射流射流撞击角度。为了增大角度的调节范围，在进行机构设计时，让每个斜置射流喷嘴72方向与竖直方向预留15度角。如通过对限位挡条411进行设计，从而使相应角度盘51的起始刻度限定为15度。当角度盘51的刻度调节范围为60度时，也就是说两侧斜置射流喷嘴72的斜置射流与竖直射流喷嘴71的竖直射流之间的夹角可调范围为15~75度。

每个上述偏移量调节机构60均包括一个偏移调节螺杆62和一个偏移量调节旋钮61。

上述偏移量调节旋钮61与从安装板54中穿出的连接轴53相贴合，只做旋转运动。在偏移量调节旋钮61的内部设有精密内螺纹，并与偏移调节螺杆62相连，从而带动偏移调节螺杆62前后进行移动。偏移调节螺杆62与斜置喷嘴固定件63相连，从而带动斜置射流喷嘴72前后进行移动；在偏移量调节旋钮61外缘设有刻度标线。

上述偏移量调节机构60，也巧妙利用了千分尺的原理，能连续精确地用于两个斜置射流喷嘴72的射流撞击偏移量的调节，能使2个或3个射流喷嘴70位于同一个平面内进行射流撞击，也可以使2个或3个射流喷嘴70在一个立体空间内进行撞击。

射流撞击偏移量的调节，操作方便，调节精度高，也能精确到10微米，实验的重复性及可靠性高。

    综上所述，本申请弥补了现有相关试验装置不能实现多试验参数连续调节的缺陷，降低了试验成本，且本申请的试验装置操作简单、直观，结构紧凑，具有高可靠性和试验精度。

以上详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本申请的保护范围。