CN103075270A

CN103075270A - 一种用于t型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置

Info

Publication number: CN103075270A
Application number: CN2013100142351A
Authority: CN
Inventors: 刘佩进; 金秉宁
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2013-01-15
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2013-05-01
Anticipated expiration: 2033-01-15
Also published as: CN103075270B

Abstract

本发明涉及一种用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置，在脉冲激励装置的燃烧室内，利用点火头点燃给定质量的黑火药，使之产生所要求压强和温度的燃气（压强要高于T型燃烧器内的平衡压强），顶开密封堵头，通过脉冲器喷口进入T型燃烧器内，从而形成所需的压强扰动（即脉冲）。通常情况下，脉冲器应能输入和T型燃烧器装药产生的燃烧产物完全相同的气体-颗粒混合物，而且应能保证激发基频振荡模态。

Description

一种用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置

技术领域

本发明属于高压强外部脉冲激励装置，具体涉及一种用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置。

背景技术

复合推进剂的压强耦合特性作为影响固体火箭发动机中燃烧不稳定的重要因素之一，一直受到国内外研究者的重视。对于固体推进剂来说，压强耦合特性通常用压强耦合响应函数来表征，而压强耦合响应函数则需通过实验测量手段获得。目前，实验测试多采用T型燃烧器方法。T型燃烧器的主要特点是喷管开在燃烧室的中间位置，这样可以减小声能损失，容易激发振荡。T型燃烧器通常采用管状燃烧室，在燃烧室两端分别安装两片厚度一样的推进剂，并使其同时点燃，这样使得全部燃烧表面处在相同的声环境中。理想状态下，两块推进剂同时燃烧完。当出现轴向声压振型时，T型燃烧器两端各阶频率的压强振荡幅值最大，与推进剂燃烧耦合产生的增益最大。且两端的声波速度、横向流动速度以及平均流速均为0，从而剥离了速度耦合响应的影响。T型燃烧器所能测量的轴向模态振荡频率主要取决于燃烧器长度L，以及燃烧产物的温度Tf，其表达式为f＝naL。其中n为声模态数，a为发动机中的当地声速，与Tf有关。通常情况下，根据T型燃烧器内的声压振荡模式，可在燃烧器两端和中间三处位置进行压强测量，根据压强变化情况，可获得相应的振荡频率。

对于不含金属粒子的固体推进剂来说，T型燃烧器自身容易产生自激振荡现象，可较好的测量推进剂压强耦合响应函数。但对于含有大量金属粒子的复合推进剂来说，由于燃烧产物凝相粒子阻尼的存在，使得实验系统产生自激振荡较为困难，从而不能准确的测量出推进剂的压强耦合响应函数。因此，在T型燃烧器不能产生自激振荡的前提下，提出了外部激励的方法。因此，发展一种能够精确控制触发压强的脉冲激励装置是研究T型燃烧器复合推进剂压强耦合响应函数的前提和基础。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置，在发动机燃烧室高温、高压工作条件下，根据外部时序瞬间向燃烧室中喷射高压燃气，从而形成对燃烧室工作压强变化的强激励，用于研究固体推进剂的压强耦合响应。

技术方案

一种用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置，其特征在于包括脉冲器喷口1、脉冲器挡板3、堵头4、O型密封圈5、密封承压片6、绝热套7、测压座8、脉冲器壳体9、点火密封塞10和点火压帽11；脉冲器壳体9为圆柱形结构，内部为台阶状空腔，一端设有通孔，通孔上安装点火压帽11，与点火压帽11衔接的是点火密封塞10；脉冲器喷口1插入脉冲器壳体9的另一端，依次设有脉冲器挡板3、密封承压片6、绝热套7和嵌入在密封承压片6中心通孔上的堵头4，堵头紧贴在密封承压片上；密封承压片6与脉冲器壳体9侧面相接部位之间设有用于密封的O型密封圈5，脉冲器挡板3与密封承压片6之间、密封承压片6与脉冲器壳体9相接台阶之间和脉冲器喷口1与脉冲器挡板3之间均设有用于密封的石墨纸垫；绝热套7与点火压帽11之间为放置点火药包的空腔，空腔部位的脉冲器壳体9上设有一个通孔状的测压座8；所述脉冲器挡板3为凹形结构，端面上均匀分布多个通孔，堵头4的台阶圆盘位于凹形槽内。

所述脉冲器挡板3上的单个通孔直径小于脉冲器喷口的直径，并且所有通孔面积之和为脉冲器喷口横截面积的2~3倍。

所述密封承压片内孔直径大于脉冲器喷口直径。

所述绝热套6为杯状且底端开孔形状，孔径与密封承压片孔径相同。

所述的绝热套6采用C/C绝热衬套。

有益效果

本发明提出的一种用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置，在脉冲激励装置的燃烧室内，利用点火头点燃给定质量的黑火药，使之产生所要求压强和温度的燃气（压强要高于T型燃烧器内的平衡压强），顶开密封堵头，通过脉冲器喷口进入T型燃烧器内，从而形成所需的压强扰动（即脉冲）。通常情况下，脉冲器应能输入和T型燃烧器装药产生的燃烧产物完全相同的气体-颗粒混合物，而且应能保证激发基频振荡模态。

本发明应用于T型燃烧器工作中间时刻和推进剂刚刚燃烧结束时刻，使自身较难产生自激振荡现象的T型燃烧器内产生声振荡现象。从而在精确的点火时序控制下，开展对含铝推进剂的压强耦合特性实验测量工作。

本发明的特点就是可以在固体火箭发动机工作过程中，以脉冲触发激励的方式向发动机燃烧室内喷入高温、高压燃气，从而形成所需的压强扰动(即脉冲)，并使燃烧室内产生声振荡现象。

附图说明

图1：本发明装置的的结构图；

1-脉冲器喷口、2-石墨纸垫、3-脉冲器挡板、4-堵头、5-O型密封圈、6-密封承压片、7-绝热套、8-测压座、9-脉冲器壳体、10-点火密封塞、11-点火压帽。

图2：为脉冲触发激励实验的典型压强时间曲线；

图3：脉冲触发激励后的T型燃烧器内的平衡压强出现的振荡现象；

图4：脉冲触发后压强信号FFT分析。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本实施例为T型燃烧器工作压强为10MPa的条件下，根据推进剂工作时间，通过高精度、多通道的点火时序控制装置，观察脉冲触发激励工作情况。实验过程中共进行两次脉冲触发激励，第一次在T型燃烧器工作中间时刻，第二次是在推进剂刚刚结束燃烧时刻。脉冲器内的点火药量为5g，在脉冲器内可产生40MPa的高温燃气。

本实施例包括脉冲器喷口1、脉冲器挡板3、堵头4、O型密封圈5、密封承压片6、绝热套7、测压座8、脉冲器壳体9、点火密封塞10和点火压帽11；脉冲器壳体9为圆柱形结构，内部为台阶状空腔，一端设有通孔，通孔上安装点火压帽11，与点火压帽11衔接的是点火密封塞10；脉冲器喷口1插入脉冲器壳体9的另一端，依次设有脉冲器挡板3、密封承压片6、绝热套7和嵌入在密封承压片6中心通孔上的堵头4，堵头紧贴在密封承压片上；密封承压片6与脉冲器壳体9侧面相接部位之间设有用于密封的O型密封圈5，脉冲器挡板3与密封承压片6之间、密封承压片6与脉冲器壳体9相接台阶之间和脉冲器喷口1与脉冲器挡板3之间均设有用于密封的石墨纸垫；绝热套7与点火压帽11之间为放置点火药包的空腔，空腔部位的脉冲器壳体9上设有一个通孔状的测压座8；所述脉冲器挡板3为凹形结构，端面上均匀分布多个通孔，堵头4的台阶圆盘位于凹形槽内。

所述脉冲器挡板3上的单个通孔直径小于脉冲器喷口的直径，并且所有通孔面积之和为脉冲器喷口横截面积的2倍。

所述密封承压片内孔直径大于脉冲器喷口直径。

所述绝热套6采用C/C绝热衬套，为杯状且底端开孔形状，孔径与密封承压片孔径相同。

脉冲激励装置是在发动机点火之后的某一时刻开始工作，通常情况下，发动机燃烧室内的压强和温度都很大(压强约为8-11MPa，温度约为3500K)。因此脉冲器的密封性和隔热性尤为重要。如果密封性不好，会使T型燃烧器内的高温高压气体进入脉冲器的燃烧室内，点燃黑火药，造成脉冲器不能正常工作，从而影响整个实验。因此，设计了堵头、密封承压片、挡板和C/C绝热衬套。其中承压片内孔直径应大于脉冲器喷口直径；挡板上的通孔直径应小于脉冲器喷口直径，且挡板上所有通孔面积应为脉冲器喷口横截面积的2~3倍；C/C绝热衬套为杯状且底端开孔，开孔直径与承压片内孔径大小一致。在T型燃烧器工作过程中，利用燃烧室内的压强作用将脉冲器内的堵头紧紧压在密封承压片上，同时在密封承压片的侧壁采用O型密封圈进行侧面密封，以此保证T型燃烧器中的燃气不能进入到脉冲器的燃烧室中。当脉冲器工作时，由内部产生的高温高压强燃气将堵头顶开，通过挡板、喷口进入T型燃烧器内，顶开的堵头则被挡板拦截，壁面堵住脉冲器喷口或进入T型燃烧器内，影响实验测量工作。热防护方面，C/C绝热衬套安放在靠近密封承压片位置，脉冲器内的点火药包包含在绝热衬套内，可避免因脉冲器壳体金属导热性过快，使点火药包温度升高，造成脉冲激励失去控制。

实验过程中，根据T型燃烧器内的工作压强以及脉冲触发幅值的要求，可以改变脉冲器内黑火药的质量，该质量可根据密闭容积内的平衡压强公式计算得到。

图2为脉冲触发激励实验的典型压强时间曲线，从曲线中可以看出，在T型燃烧器点火，第一次脉冲触发之前，测量到的脉冲器内腔中的压强为0，这说明该脉冲触发激励装置的密封性很好；其次，两路脉冲触发的时刻均为点火时序给定的时刻，并未出现提前脉冲激励的情况，说明该脉冲触发激励装置的隔热性很好；第三，由脉冲器上的压强传感器测量到的脉冲器内的压强约为40MPa，为设定压强；第四，对比脉冲触发激励前可以发现，脉冲触发激励后的T型燃烧器内的平衡压强出现的振荡现象，如图3所示，并对其进行FFT分析，该振荡基频符合T型燃烧器设计基频，如图4所示。

通过实验测量的压强时间曲线可以看出，脉冲触发激励装置对T型燃烧器内产生压强振荡作用明显，工作正常，参数设置合理，达到了预期实验效果。这说明，基于外部激励方法的T型燃烧器的含铝推进剂压强耦合实验中，脉冲触发激励装置的应用是成功的。

Claims

1.一种用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置，其特征在于包括脉冲器喷口（1）、脉冲器挡板（3）、堵头（4）、O型密封圈（5）、密封承压片（6）、绝热套（7）、测压座（8）、脉冲器壳体（9）、点火密封塞（10）和点火压帽（11）；脉冲器壳体（9）为圆柱形结构，内部为台阶状空腔，一端设有通孔，通孔上安装点火压帽（11），与点火压帽（11）衔接的是点火密封塞（10）；脉冲器喷口（1）插入脉冲器壳体（9）的另一端，依次设有脉冲器挡板（3）、密封承压片（6）、绝热套（7）和嵌入在密封承压片（6）中心通孔上的堵头（4），堵头紧贴在密封承压片上；密封承压片（6）与脉冲器壳体（9）侧面相接部位之间设有用于密封的O型密封圈（5），脉冲器挡板（3）与密封承压片（6）之间、密封承压片（6）与脉冲器壳体（9）相接台阶之间和脉冲器喷口（1）与脉冲器挡板（3）之间均设有用于密封的石墨纸垫；绝热套（7）与点火压帽（11）之间为放置点火药包的空腔，空腔部位的脉冲器壳体（9）上设有一个通孔状的测压座（8）；所述脉冲器挡板（3）为凹形结构，端面上均匀分布多个通孔，堵头（4）的台阶圆盘位于凹形槽内。

2.根据权利要求1所述用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置，其特征在于：所述脉冲器挡板（3）上的单个通孔直径小于脉冲器喷口的直径，并且所有通孔面积之和为脉冲器喷口横截面积的2~3倍。

3.根据权利要求1所述用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置，其特征在于：所述密封承压片内孔直径大于脉冲器喷口直径。

4.根据权利要求1所述用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置，其特征在于：所述绝热套（6）为杯状且底端开孔形状，孔径与密封承压片孔径相同。

5.根据权利要求1或4所述用于T型燃烧器的高压强外部脉冲激励装置，其特征在于：所述的绝热套（6）采用C/C绝热衬套。