CN104895699B - 小型气气喷注光学透明燃烧装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型气气喷注光学透明燃烧装置，适用于进行多光学诊断技术领域。所述的气气喷注光学透明燃烧装置包括燃烧室头腔、透明燃烧室和燃烧室尾部，所述燃烧室头腔与燃烧室尾部通过均布的四个螺杆将所述的透明燃烧室固定在中间；所述螺杆两端分别配合连接四个六角螺帽A和四个六角螺帽C对透明燃烧室施加预紧力，达到透明燃烧室内的密封要求；六角螺帽B配合连接在螺杆上，并处于燃烧室压盖下方，用于支撑燃烧室压盖。本发明提供的装置对燃烧状态进行全面检测，对其深入研究燃烧机理提供了帮助。本发明根据燃烧中的相似性原理，建立低压环境下燃烧机理研究准则，能够对高压条件下燃烧情况进行预测。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于进行多光学诊断的气气喷注燃烧装置，更特别的说明，是指一种适用于小推力、低流量、低燃烧室压力火箭发动机进行多光学诊断的透明燃烧装置。
背景技术
全流量补燃循环发动机是液体火箭发动机的一种新型循环方式，其中气气喷注器燃烧技术是其核心技术之一。试验过程中需对其燃烧过程进行多方位的精确测量才能获得准确可信的性能参数，方便对其燃烧机理本质开展更多的研究工作。
传统的燃烧测量装置为接触式测量方法，一般将传感器探头布置在待测量区域或是流场中，经过一定时间达到平衡后，传感器上参数可近似认为是流场该处的参数，这种测量方法广泛的应用在流体试验研究中，试验费用较低。但是由于其对原始的流场的干扰不可避免的特性，使得数据精度存在一定的误差。非接触诊断技术由于其不需要接触目标就可以获得流场的参数，在研究燃烧机理方面取得了长足的进展。针对小型的气气喷注燃烧机理方面的研究，目前在高压条件下已经取得了一定的成果，但是其由于密封性要求较高，对其进行全面的多光学诊断研究受到一定的限制，全方位的进行燃烧室流场观测成为了一项急需解决的问题。
发明内容
本发明提出了一种安全可靠的气气喷注光学透明燃烧装置，建立一个全透明的石英燃烧室装置，能够方便的进行全方位的光学系统诊断研究，比如激光诱导荧光装置，高速摄影仪，以及红外热像仪等。
所述的气气喷注光学透明燃烧装置包括燃烧室头腔、透明燃烧室和燃烧室尾部，所述燃烧室头腔与燃烧室尾部通过均布的四个螺杆将所述的透明燃烧室固定在中间；所述螺杆两端分别配合连接四个六角螺帽A和四个六角螺帽C对透明燃烧室施加预紧力，达到透明燃烧室内的密封要求；六角螺帽B配合连接在螺杆上，并处于燃烧室压盖下方，用于支撑燃烧室压盖。
本发明的优点及创新性在于：
(1)本发明的主要创新性在于小型气气喷注光学透明燃烧装置为石英玻璃建立的全透明燃烧室，能够稳定可靠进行低压力、小流量环境下的气气燃烧机理研究，多种光学装置可以对其进行全面的燃烧诊断测量。
(2)本发明中采用火箭发动机中常用的同轴剪切喷注器，采用了相应的轴向与径向密封结构与外套结构进行连接，能够方便的进行喷嘴更换，实现不同的燃烧工况。
(3)本发明中采用点火器尾部点火方式，点火器采用传统的火花塞，实现对燃烧过程可靠点火，此种方式优点为简单可靠，便于火花塞更换，简化了相应的点火过程。由于火花塞头部深入燃烧室内部一定距离，对点火头有一定的烧蚀，但是一般喷注器试验时间较短，不影响使用。
(4)本发明中针对石英玻璃易碎的特性，轴向采用了两端凹槽，内部填充O型圈密封方式，径向采用环O型圈方式，此类柔性接触的优点为能够最大程度上减少安装过程中对玻璃的损坏，具有一定的创造性。
(5)本发明中采用四条螺杆对透明燃烧室进行挤压密封，考虑到实际试验过程中，燃烧室处于竖立状态，中间安装了另一个支承螺母，主要保证燃烧室破裂后燃烧室尾部不会因此掉落减少其他损害，起到支承作用。
(6)本发明提供的装置对燃烧状态进行全面检测，对其深入研究燃烧机理提供了帮助。本发明根据燃烧中的相似性原理，建立低压环境下燃烧机理研究准则，能够对高压条件下燃烧情况进行预测。
附图说明
图1是本发明的小型气气喷注光学透明燃烧装置外部概况图；
图2是推力室头腔剖面图；
图3是燃烧室尾部剖面图。
图中：
1.燃烧室头腔； 101.氧气接嘴； 102.锁紧螺钉A；
103.氧气压盖； 104.氢气套筒； 105.氢气接嘴；
106.氢气喷嘴； 107.氧气喷嘴； 108.第一O型圈；
108a.第二O型圈； 109.第三O型圈； 110.第四O型圈；
111.第五O型圈； 112.第六O型圈； 113.第一环形腔；
114.第二环形腔； 2.透明燃烧室；
3.燃烧室尾部； 301.燃烧室压盖； 302.火花塞；
303.紫铜垫片； 304.喷管压盖； 305.锁紧螺钉B；
305a.锁紧螺钉C； 306.喷管； 307.第七O型圈；
308.堵盖； 309.四氟垫片； 310.传感器接嘴；
311.第八O型圈； 312.第九O型圈； 401.六角螺帽A；
402.螺杆； 403.六角螺帽B； 404.六角螺帽C。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
本发明提供一种小型气气喷注光学透明燃烧装置，如图1所示，所述的装置包括燃烧室头腔1、透明燃烧室2和燃烧室尾部3。所述燃烧室头腔1与燃烧室尾部3通过均布的四个螺杆402将所述的透明燃烧室2固定在中间。所述螺杆402两端分别配合连接四个六角螺帽A401和四个六角螺帽C404对燃烧室头腔1与燃烧室尾部3中间的透明燃烧室2施加预紧力，达到透明燃烧室2内的密封要求。考虑试验装置在实际使用过程中处于竖直状态，透明燃烧室2在试验过程中有破裂危险，因此装置中设置了四个六角螺帽B403对燃烧室尾部3实现支承作用，防止意外情况下掉落。所述的六角螺帽B403配合连接在螺杆402上，并处于燃烧室压盖301下方，用于支撑燃烧室压盖301。
本发明装置安装过程中，首先安装燃烧室头腔1部分。燃烧室头腔1主要目的为提供燃烧过程中所需要的推进剂介质，例如氢气和氧气。如图2所示，氧气从氧气接嘴101进入直流通道，从尾端氧气喷嘴107内孔中直接喷出，进入透明燃烧室2内。氢气从氢气接嘴105进入第一环形腔113中，所述的第一环形腔113由氢气喷嘴106和氢气套筒104形成。然后通过氢气喷嘴106上的六个孔，进入第二环形腔114，氢气流从尾端夹缝(所述尾端夹缝是指氢气喷嘴106与氧气喷嘴107的出口处形成的第二环形腔114的窄通道)中喷出，进入透明燃烧室2内。所述的第二环形腔114是由氢气喷嘴106与氧气喷嘴107形成的。安装结构如下：其中氧气接嘴101与氧气压盖103为焊接连接，氢气接嘴105与氢气套筒104为焊接连接。氧气喷嘴107与氢气喷嘴106之间设置第五O型圈111，实现密封。氢气喷嘴106与氢气套筒104之间设置第三O型圈109与第四O型圈110，实现第一环形腔113的密封；氢气套筒104套在氢气喷嘴106与氧气喷嘴107组合体上，氧气压盖103和氢气套筒104利用锁紧螺钉A102固定，进行结构压紧；氧气压盖103和氧气喷嘴107之间设置第六O型圈112。至此燃烧室头腔1安装完毕。在氢气套筒104上与透明燃烧室2连接的位置设置第一O型圈108与第二O型圈108a，分别对透明燃烧室2的轴向与径向进行密封，防止石英玻璃与金属壁面相接触，形成燃烧过程中热压冲击伤害。所述的氧气接嘴101与直流通道同轴，所述的氢气接嘴105轴线垂直于直流通道轴线方向。
燃烧室尾部3主要提供燃烧可靠点火以及压力测量。如图3所示，所述的燃烧室尾部3包括燃烧室压盖301、火花塞302、紫铜垫片303、喷管压盖304、喷管306、堵盖308和传感器接嘴310，火花塞302与燃烧室压盖301之间采用紫铜垫片303连接，这样通过紫铜材料软度以及对火花塞302的较大预紧力可以实现良好的密封。所述火花塞302的轴线垂直于燃烧室压盖301轴线。传感器接嘴310与燃烧室压盖301之间采用焊接结构，传感器接嘴310之后可以连接压力传感器装置，对燃烧室压力进行测量，传感器安装于透明燃烧室2侧面对测量结果无影响。所述传感器接嘴310的轴线垂直于燃烧室压盖301轴线。堵盖308主要目的为检测整体试验装置气密性时准备，试验过程中需将锁紧螺钉B305拧开，拆掉堵盖308。堵盖308与喷管306的连接位置设置第七O型圈307进行连接密封；燃烧室压盖301与透明燃烧室2之间的连接部位设置第八O型圈311和第九O型圈312，分别对透明燃烧室2的轴向和径向进行密封，防止石英玻璃与金属之间形成硬接触，对玻璃造成损害。燃烧室尾部3具体的安装结构如下：将火花塞302通过螺纹结构安装到燃烧室压盖301中，中间通过紫铜垫片303进行连接。利用喷管压盖304上的预留的锁紧螺钉C305a将喷管306与燃烧室压盖301锁紧连接，喷管306与燃烧室压盖301中间安插四氟垫片309进行密封。
所述第一O型圈108、第二O型圈108a、第三O型圈109、第四O型圈110、第五O型圈111、第六O型圈112、第七O型圈307、第八O型圈311、第九O型圈312的安装位置，根据国家标准均设置了相应的凹形槽，防止其滑动，保证密封效果。
Claims (5)
1.小型气气喷注光学透明燃烧装置，包括燃烧室头腔、透明燃烧室和燃烧室尾部，其特征在于：所述燃烧室头腔与燃烧室尾部通过均布的四个螺杆将所述的透明燃烧室固定在中间；所述螺杆两端分别配合连接四个六角螺帽A和四个六角螺帽C对透明燃烧室施加预紧力，达到透明燃烧室内的密封要求；六角螺帽B配合连接在螺杆上，并处于燃烧室压盖下方，用于支撑燃烧室压盖。
2.根据权利要求1所述的小型气气喷注光学透明燃烧装置，其特征在于：所述的燃烧室头腔的具体结构为：氧气从氧气接嘴进入直流通道，从尾端氧气喷嘴内孔中直接喷出，进入透明燃烧室内；氢气从氢气接嘴进入第一环形腔中；然后通过氢气喷嘴上的六个孔，进入第二环形腔，氢气流从尾端夹缝中喷出，进入透明燃烧室内；所述的第一环形腔由氢气喷嘴和氢气套筒形成；所述的第二环形腔由氢气喷嘴与氧气喷嘴形成，并在出口位置形成夹缝结构；氧气接嘴与氧气压盖为焊接连接，氢气接嘴与氢气套筒为焊接连接；氧气喷嘴与氢气喷嘴之间设置第五O型圈，实现密封；氢气喷嘴与氢气套筒之间设置第三O型圈与第四O型圈，实现第一环形腔的密封；氢气套筒套在氢气喷嘴与氧气喷嘴组合体上，氧气压盖和氢气套筒利用锁紧螺钉A固定，进行结构压紧；氧气压盖和氧气喷嘴之间设置第六O型圈。
3.根据权利要求2所述的小型气气喷注光学透明燃烧装置，其特征在于：在氢气套筒上与透明燃烧室连接的位置设置第一O型圈与第二O型圈，分别对透明燃烧室的轴向与径向进行密封，所述的氧气接嘴与直流通道同轴，所述的氢气接嘴轴线垂直于直流通道轴线方向。
4.根据权利要求1所述的小型气气喷注光学透明燃烧装置，其特征在于：所述的燃烧室尾部包括燃烧室压盖、火花塞、紫铜垫片、喷管压盖、喷管、堵盖和传感器接嘴，火花塞与燃烧室压盖之间采用紫铜垫片连接，传感器接嘴与燃烧室压盖之间采用焊接结构，传感器接嘴之后连接压力传感器装置，对燃烧室压力进行测量；堵盖与喷管的连接位置设置第七O型圈进行连接密封；燃烧室压盖与透明燃烧室之间的连接部位设置第八O型圈和第九O型圈，分别对透明燃烧室的轴向和径向进行密封；喷管压盖上的预留的锁紧螺钉C将喷管与燃烧室压盖锁紧连接，喷管与燃烧室压盖中间安插四氟垫片进行密封。
5.根据权利要求4所述的小型气气喷注光学透明燃烧装置，其特征在于：所述火花塞的轴线垂直于燃烧室压盖轴线；所述传感器接嘴的轴线垂直于燃烧室压盖轴线。
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