具体实施方式

下面将结合附图对本发明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有没做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本实施例给出了一种超燃冲压发动机高温纯空气试验系统的具体结构，如图1所示，包括低压空气供应单元1、氧气供应单元2、氮气供应单元3、高压空气供应单元4、天然气供应单元5、燃气发生器6、蓄热式加热器7、循环冷却水供应单元8、燃气排放单元9、直连试验装置10和试验尾气排放单元11；

其中，蓄热器加热器7为立式安装，预加热过程为下吹式方案，高压空气增压过程自下而上，蓄热式加热器内部有空心砖蓄热体12，轴向和径向布置热电偶13；

蓄热式加热器7顶部和燃气发生器6直接连接；

蓄热式加热器7通过其底部设置的三通14分别与高压空气供应单元4、燃气排放单元9连接，且蓄热式加热器7与高压空气供应单元4之间，以及蓄热式加热器7与燃气排放单元9之间均设有高温高压阀门15，实现切断或接通；

蓄热式加热器7靠近顶部的侧方依次连接高温高压快响应阀门16、掺混均流器17、喷管18和直连试验装置10；

高压空气供应单元4包括第一螺杆式空气压缩机20、高压贮箱21、第一干燥机22、第一高压空气供应管路23、第二高压空气供应管路24以及第三高压空气供应管路25；

第一螺杆式空气压缩机20通过高压贮箱21与第一干燥机22连接，产生的高压空气分为三路，一路通过第一高压空气供应管路23与混合均匀器26连接，用作燃气发生器6的保护空气A；一路通过第二高压空气供应管路24以及高温高压阀门15与所述三通14连接，向蓄热式加热器7内提供高压纯净冷空气B进行换热，换热后生成高温高压纯净空气N；一路通过第三高压空气供应管路25与掺混均流器17连接，用作高温高压纯净空气的二次掺混空气C；其中，第一高压空气供应管路23上沿高压空气的流向依次设有自动减压阀和孔板；第二高压空气供应管路24上沿高压空气的流向依次设有1:1减压阀和文氏管；第三高压空气供应管路25上沿高压空气的流向依次设有自动减压阀和文氏管。

低压空气供应单元1包括第二螺杆式空气压缩机28、稳压贮箱29、第二干燥机30、第一低压空气供应管路31以及第二低压空气供应管路32；

低压空气供应单元1通过第二螺杆式空气压缩机28、稳压贮箱29和第二干燥机30提供低压空气气源，第二螺杆式空气压缩机28能够保持长时间运行，自带风扇进行冷却，稳压贮箱29作为缓冲气瓶，能够提供稳定的空气压力，通过第二干燥机30提供干燥空气，一方面有利于燃气发生器点火燃烧，另一方面，避免空气水分堆积对蓄热式加热器中耐火材料产生影响；

第二螺杆式空气压缩机28通过稳压贮箱29与第二干燥机30连接，产生的低压空气分为两路，一路通过第一低压空气供应管路31与混合均匀器26连接，提供可大范围流量调节的干燥空气D，用作燃气发生器的主燃烧氧化剂，同时通过第二低压空气供应管路32与燃气排放单元9连接，可供应恒定的小流量掺混空气E，用作燃气排放单元9的掺混降温介质。

氧气供应单元2包括氧气气瓶组33和氧气供应管路34；氧气气瓶组33通过氧气供应管路34与混合均匀器26连接；氧气供应管路34上沿着氧气的流向依次设置有自动减压阀和孔板；氧气气瓶组33供应的氧气，通过自动减压阀和孔板供应可大范围流量调节的氧气F，用作燃气发生器6的补充燃烧氧化剂，能够提高燃气发生器的燃烧温度，用于蓄热式加热器的高工况，氧气F和干燥空气D利用混合均匀器26掺混形成均匀的富氧空气供应至燃气发生器。

氮气供应单元3包括氮气气瓶组35、第一氮气供应管路36、第二氮气供应管37以及第三氮气供应管路38；氮气气瓶组35供应的氮气分三路，一路通过第一氮气供应管路36与系统中所有气动阀门连接，用于高温纯空气试验系统所有气动阀门的指令气H，一路通过第二氮气供应管路37与高压空气供应单元4的1:1减压阀连接，用于高压空气供应系统的1:1减压阀门的驱动气I，一路通过第三氮气供应管路38与天然气供应单元9连接，用于给天然气供应单元的提供吹除气J。

天然气供应系统5包括气体增压泵39、天然气贮箱40以及天然气供应管路41；气体增压泵39入口端与市政天然气气源连接，气体增压泵39出口端与天然气贮箱40连接，天然气贮箱40通过天然气供应管路41与燃气发生器6连接；天然气供应管路41上沿着天然气的流向依次设有自动减压阀和孔板；

采用市政天然气气源，能够保证系统长时间持续供应燃料，通过气体增压泵39加压后，贮存于天然气贮箱40内，提高压力的天然气使天然气供应管路41直径变小，便于系统布局，气流流速降低，能够保证长时间运行安全可靠，通过自动减压阀和孔板供应可大范围流量调节的天然气K，用作燃气发生器燃烧的燃料。

燃气发生器6采用针栓喷注形式，其上设有UV火焰检测仪27，针栓调节通过气缸作动控制，控制富氧空气和天然气的动量比以实现大范围调节工况调节和稳定燃烧，提供不同等级功率的富氧燃气热源，燃气发生器具有针栓面关机功能，在高压空气增压阶段保证和炉体内部隔离。

燃气排放系统单元9包括燃气排放管42以及轴流风机43；燃气排放管42一端通过高温高压阀门15与所述三通14连接，另一端设置有轴流风机43；燃气排放管42上设置冷却水喷嘴43以及低压空气接口L。

燃气发生器在小功率使用时，燃气排放管42的富氧燃气通过小流量掺混空气E掺混降低温度，燃气发生器在大功率使用时，燃气排放管42富氧燃气通过软化的冷却水喷淋降温，通过轴流风机43形成燃气流路负压环境，保证加热器内部燃气不积聚。

循环冷却水供应单元8包括水箱44、多级泵45、散热塔46、供水管路47和回收管路48；水箱44的入水端与散热塔46连接，水箱44的出水端通过多级泵45、供水管路47与系统内各个单元连接，散热塔46通过回收管路48与系统内各个单元连接。

经软化水装置软化过的自来水贮存在水箱44内，通过多级泵45为高温纯空气试验系统各设备提供冷却水，冷却后的软化水回流至散热塔46，散热后重新留至水箱44用于循环。

在本实施例提供的系统中，燃气发生器6利用针栓球头的球面和锥面进行反向密封，蓄热式加热器6增压换热和直连试验过程中，针栓球头密封的预紧力是气缸和加热器高温高压空气作用力累计值与高压保护空气作用力的差值，高压保护空气的工作压力略高于加热器增压压力，差值不大于0.5MPa；增压过程中，针栓球头密封失效时，燃气发生器保持有少量常温空气进入加热器，保护其不受高温烧蚀损坏。

高温高压快响应阀门16采用直角角阀，气缸作动控制，独立配备控制气气瓶，阀芯中心和蓄热式加热器高温高压空气出口轴心线一致，开启方向和气流方向一致，罐体内空气作用力能够有效缩短高温高压快响应阀门的启动时间，开启前在掺混均流器预充高压空气，高压空气压力略低于加热器罐体压力，差值不大于1MPa，保证其启闭过程热载荷控制在可承受范围内。

低压空气供应单元1、高压空气供应单元4、氧气供应单元2向混合均匀器26流入的介质包括低压空气、氧气和高压保护空气，因此第一低压空气供应管路31、第一高压空气供应管路、氧气供应管路34上均设有设置单向阀和安全阀，其中，第一低压空气供应管路31中的主阀按高压选型，防止由于高低压切换过程中造成的设备高压超限危险。

高温高压阀门14、高温高压快响应阀门15、燃气发生器6与蓄热式加热器7通过法兰刚性连接，混合均匀器26与燃气发生器6之间、以及天然气供应管路41与燃气发生器6之间均通过高压金属软管19连接；第二高压空气供应管路24为高压波纹管，减小蓄热式加热器升温后引起的热应力变形，造成高压管路使用危险。

低压空气供应单元1和天然气供应单元5的自增压供应方式能够持续运行，系统安全可靠，燃气发生器在密封容器内长时间运行过程中出现熄火情况时，UV火焰检测仪和热电偶温差反馈信号自动反馈至控制主机，实施联动控制，天然气供应单元主阀自动切断，燃气发生器6针栓自动进行面关机。燃气排放单元9的温度测点超过设定限制时，冷却水喷淋启动，和掺混空气E冷却自动切换。

根据以上对本实施例系统结构的描述，现对使用该系统进行实验的具体过程进行介绍。

预加热阶段

参见图1和图2，该系统在预加热过程中，高压空气供应单元4入口处的高温高压阀门15处于关闭状态，燃气排放单元9出口处的高温高压阀门15处于打开状态，高温高压快响应阀门16处于关闭状态，燃气发生器启动点火，并形成一定温度、流量高温富氧燃气G，流经蓄热式加热器的空心砖蓄热体12，通过对流换热将燃气热量储蓄在空心砖蓄热体12内部，换热后的低温富氧燃气通过燃气排放单元9排放至室外，燃气发生器6以小流量、低温逐步向大流量、高温工况调节，通过热电偶实时监测蓄热体的整体温度分布情况，保持蓄热体温升速率控制在一定范围内，避免空心砖温度上升过快引起热应力集中造成砖块开裂，最终沿蓄热体轴向形成理想的温度梯度。

增压换热阶段

参见图1和图3，当预加热阶段结束后，该系统进入增压换热过程，该过程中使高温高压快响应阀门16和燃气排放单元9出口处的高温高压阀门15处于关闭状态，燃气发生器6通过气缸作动针栓进行面关机，高压空气供应单元4供应小流量高压保护空气A，打开高压空气供应单元入口处的高温高压阀门15，以一定升压速率向蓄热式加热器供应高压纯净冷空气B，增至目标压力后，关闭高压空气供应单元4入口处高温高压阀门15，进行平衡换热。

直连试验阶段

参见图1和图3，在完成增压换热阶段后，该系统开始进入直连试验阶段，在该阶段过程中，燃气排放单元9出口处的高温高压阀门15和高压空气供应单元4入口处高温高压阀门15均保持关闭状态，燃气发生器6维持面关机，保持小流量高压保护空气A供应，高压空气供应单元4向掺混均流器17供应二次掺混空气C，在高温高压快响应阀门16后端的掺混均流器17中形成一定的气体背压，打开高温高压快响应阀门16，高温高压纯净空气N在掺混均流器17中和二次掺混空气混合，为直连试验装置提供一定温度压力的高焓模拟来流M。

蓄热式加热器6在预加热过程中，以空心砖蓄热体12顶部热电偶温度测点反应炉体温升速率，温升速率遵循尽量小原则，温升速率要求不高于200K/h；增压过程中，增压速率遵循尽量小原则，按空心蓄热体顶端温度和流通截面计算，流动速度不大于100m/s。

因此，蓄热式高温纯空气试验系统在要求模拟来流温度高于1100K工况时，掺混均流器不持续工作，仅提供高温高压快响应阀门启动时瞬态压差，高温高压模拟来流直接通过蓄热式加热器实现；模拟来流温度低于1100K工况时，蓄热式加热器预加热到使用温度梯度时，在直连试验过程中，加热器的高温高压空气和常温高压空气在掺混均流器处混合均流，实现直连试验装置低工况下的模拟来流供应，降低加热器流量载荷限制，满足大范围地面模拟飞行包络的模拟来流要求。

本实施方式的上述描述和附图代表了本发明的优选方案，本领域技术人员可以根据不同的设计要求和设计参数在不偏离本发明权利要求所界定的范围内进行各种增补、改进和更换。