CN105158026A - 一种气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置及收集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置及收集方法，收集装置结构简单，固体发动机与收集容器固连，发动机壳体两端分别与前封头和上封盖连接，固体推进剂放置在发动机壳体内，通过前封头与喷管实现固体推进剂轴向定位，喷管与容器箱体内腔相通。上封盖、底座分别与收集容器箱体端部通过螺栓固连，容器箱体两端面的环形凹槽内嵌耐高温硅橡胶垫圈。上封盖有真空泵接口与真空泵连接，高压氩气瓶与氩气进气口连接；底座上手阀排气口安装手阀，电磁阀排气口与电磁阀连接；压强传感器安装在容器箱体的压强传感器接口上。收集装置可实现对固体发动机燃烧室内及喷管出口处所有凝相燃烧产物的收集，收集方法快速便捷。

Description

一种气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置及收集方法

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机技术领域，具体地说，涉及一种气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置及收集方法。

背景技术

固体推进剂燃烧时，会形成大量凝相燃烧产物颗粒。凝相燃烧产物可为推进剂燃烧性能研究、推进剂配方调整提供参考。同时，在很多情况下，凝相颗粒的大小及分布是发动机性能分析和工作过程仿真的重要初始参数，如固体发动机两相流动规律分析、凝相粒子对发动机绝热层和喷管的机械冲刷，凝相粒子对燃烧不稳定的抑制作用等。由于固体推进剂燃烧温度和所处的压强很高，且燃烧产物中的气体和粒子流速很快，导致推进剂凝相燃烧产物无损、无污染，收集困难。

现有公开的技术文献“固体火箭燃烧室内微粒分布的实验研究”(推进技术，1995，16(4):24-27)中介绍了一种实时脉冲取样技术。它在固体火箭发动机工作的任一时刻，瞬间开通电磁阀，连通燃烧室和贮有冷却液的腔体，燃气冲入冷却液，微粒快速冷却、凝固，悬浮于冷却液中。这种方法的优点:能实现发动机工作过程中的瞬间实时采样；取样时间很短，微粒失真度小，可在不同时刻取样，结构简单，操作较方便。但缺点也较明显:只能收集很少的凝相微粒，不能表征全部的凝相产物；燃气与冷却液混合，可能会发生化学反应。

在文献“固体火箭发动机燃烧室凝相粒子的收集与分析”(固体火箭技术，2008，31(5):461-463)一文中，提出了一种固体火箭发动机燃烧室内凝相粒子收集装置；其基本思想是利用水冻结固体推进剂的燃烧产物，获得凝相粒子。收集装置由粒子收集容器和压力保持容器组成。粒子收集容器内充入定量水，用于冻结推进剂燃烧产物，通过过滤器收集粒径大于3μm的粒子。压力保持容器与粒子收集容器采用管道连通，用于缓冲推进剂燃烧所产生的压力上升。在粒子收集容器的顶部，设计一个可拆卸的燃烧室，用于放置推进剂试样、点火装置、充气接口和压强传感器。该收集装置可实现对燃烧室内燃烧产物中全部凝相粒子的收集，但是采用水冻结凝相粒子，存在水与凝相粒子发生化学反应的现象，影响实验结果的准确性，同时该装置不能收集发动机喷管外凝相粒子。

发明专利CN201410205548.X中公开了“一种固体推进剂燃烧产物收集装置及收集方法”，燃烧产物收集装置主要由燃气发生器和真空舱组成，燃气发生器与真空舱通过螺栓固定连接，喷管出口处的凝相燃烧产物收集在真空舱中。该装置可实现喷管出口处所有凝相燃烧产物的无污染收集，局限性在于不能收集发动机燃烧室内的凝相燃烧产物。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置及收集方法，收集装置结构简单，能实现对固体火箭发动机燃烧室内及喷管出口处所有凝相燃烧产物的全部收集；收集方法快速便捷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括固体发动机、收集容器、前封头、发动机壳体、固体推进剂、喷管、上封盖、容器箱体、底座，固体发动机与收集容器固连；发动机壳体位于上封盖端部，发动机壳体一端与前封头连接，发动机壳体另一端与上封盖连接，固体推进剂放置在发动机壳体内，通过前封头与喷管实现固体推进剂轴向定位，喷管与容器箱体内腔相通，上封盖与容器箱体一端通过螺栓固连，容器箱体另一端与底座通过螺栓固连，上封盖设有真空泵接口和氩气进气口，底座上有手阀排气口和电磁阀排气口，容器箱体壁上有压强传感器接口，容器箱体两端面上有2.5～3mm深的环形凹槽，环形凹槽内嵌耐高温硅橡胶垫圈。

一种采用所述气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置进行燃烧产物收集的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.组装固体发动机，将固体推进剂固定在发动机壳体内；固体发动机与收集容器装配连接，真空泵与真空泵接口连接，高压氩气瓶与氩气进气口连接，手阀安装在手阀排气接口上，电磁阀排气口与电磁阀连接，压强传感器安装在容器箱体的压强传感器接口上；

步骤2.关闭收集容器各接口,打开真空泵接口，开启真空泵，抽真空至收集容器内气压达到0.03Mpa，保持真空状态5分钟后关闭真空泵，检查收集容器的气密性；

步骤3.将收集容器内充入氩气，氩气压强维持在固体发动机工作压强；

步骤4.固体推进剂点火，同时通过压强传感器采集容器内压强；

步骤5.固体推进剂燃烧过程中，若收集容器内压强超过指定工作压强，电磁阀排气，使收集容器内压强维持在指定工作压强；

步骤6.固体推进剂燃烧结束，待凝相产物冷却后,打开手阀放气，至收集容器内恢复常压，打开收集容器收集全部凝相燃烧产物。

有益效果

本发明提出的气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置及收集方法，推进剂凝相燃烧产物收集装置结构简单，易于加工，收集方法快速便捷；其具有以下特点:

1.本发明提出的收集装置及收集方法中，固体发动机内装配喷管，可收集喷管出口处全部的凝相燃烧产物，且喷管喉径和扩张段长度可调节，用于收集不同扩张比条件下的凝相燃烧产物。

2.本发明提出的收集装置及收集方法中，固体发动机内装配推进剂支架，可收集燃烧室内全部凝相燃烧产物，推进剂支架长度可调节，可实现不同流动距离条件下的凝相燃烧产物的收集。

3.本发明提出的推进剂凝相燃烧产物收集装置，在工作过程中充入氩气作为保护气，能避免凝相燃烧产物受到污染，且由于氩气为常温，可对燃烧产物起到冷却作用。

4.本发明提出的凝相燃烧产物收集装置，通过电磁阀排气调节压强，可指定推进剂燃烧过程中的工作压强，由于推进剂燃烧时间较短，设计相对较长的箱体，能避免电磁阀排气时造成凝相燃烧产物损失。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置及收集方法作进一步详细说明。

图1为推进剂凝相燃烧产物收集装置示意图。

图2为固体发动机与收集容器结构剖视图。

图3为燃烧室内安装支架的固体发动机与收集容器结构剖视图。

图4为喷管出口处的局部剖视图。

图5为燃烧室内的局部剖视图。

图中:

1.固体发动机2.收集容器3.前封头4.发动机壳体5.固体推进剂6.喷管7.固体推进剂支架8.上封盖9.容器箱体10.底座11.真空泵接口12.氩气进气口13.压强传感器接口14.手阀排气口15.电磁阀排气口16.环形凹槽

具体实施方式

本实施例是一种气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置及收集方法。

参阅图1～图5，本实施例中气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置,包括固体发动机1、收集容器2、前封头3、发动机壳体4、固体推进剂5、喷管6、固体推进剂支架7、上封盖8、容器箱体9、底座10、真空泵接口11、氩气进气口12、压强传感器接口13、手阀排气口14、电磁阀排气口15、环形凹槽16；固体发动机1与收集容器2通过螺栓固定连接；发动机壳体4安装在上封盖8端部，发动机壳体4一端与前封头3通过螺纹连接，发动机壳体4另一端与上封盖8通过螺纹连接；固体推进剂5放置在发动机壳体4内，通过前封头3与喷管6或固体推进剂支架7实现固体推进剂5轴向定位，固体推进剂为端面燃烧。喷管6与容器箱体9内腔相通，上封盖8与容器箱体9一端通过螺栓固连，容器箱体9另一端与底座10通过螺栓固连。上封盖8上设置有真空泵接口11和氩气进气口12，真空泵与真空泵接口11通过管路连接，高压氩气瓶与氩气进气口通过管路连接。底座10上加工有手阀排气口14和电磁阀排气口15，手阀安装在手阀排气口14上，电磁阀排气口15与电磁阀连接。容器箱体9壁上设有压强传感器接口13，用于安装压强传感器；容器箱体9两端面上有2.5～3mm深的环形凹槽16，环形凹槽16内嵌耐高温硅橡胶垫圈。

基于上述气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置，本实施例还提出一种凝相燃烧产物收集的方法，具体包括以下步骤:

(1)组装固体发动机，将固体推进剂固定在发动机壳体内；固体发动机与收集容器装配连接，真空泵与真空泵接口连接，高压氩气瓶与氩气进气口连接，手阀安装在手阀排气接口上，电磁阀排气口与电磁阀连接，压强传感器安装在容器箱体的压强传感器接口上。

(2)关闭收集容器各连接口,打开真空泵接口，开启真空泵，抽真空至收集容器内气压达到0.03Mpa，保持真空状态5分钟后关闭真空泵，检查收集容器的气密性。

(3)打开氩气瓶，通过氩气进气口将收集容器内充入氩气，氩气压强维持在固体发动机工作压强。

(4)按照指令固体推进剂进行点火，同时通过压强传感器采集容器内压强，记录压强随时间变化数据。

(5)固体推进剂燃烧过程中，若收集容器内压强超过指定工作压强，电磁阀排气，使收集容器内压强维持在指定工作压强。

(6)固体推进剂燃烧结束，待凝相产物冷却后,打开手阀放气，至收集容器内恢复常压，打开收集容器收集全部凝相燃烧产物。

Claims (2)

1.一种气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置，其特征在于:包括固体发动机、收集容器、前封头、发动机壳体、固体推进剂、喷管、上封盖、容器箱体、底座，固体发动机与收集容器固连；发动机壳体位于上封盖端部，发动机壳体一端与前封头连接，发动机壳体另一端与上封盖连接，固体推进剂放置在发动机壳体内，通过前封头与喷管实现固体推进剂轴向定位，喷管与容器箱体内腔相通，上封盖与容器箱体一端通过螺栓固连，容器箱体另一端与底座通过螺栓固连，上封盖设有真空泵接口和氩气进气口，底座上有手阀排气口和电磁阀排气口，容器箱体壁上有压强传感器接口，容器箱体两端面上有2.5～3mm深的环形凹槽，环形凹槽内嵌耐高温硅橡胶垫圈。

2.一种采用权利要求1所述的气冷无污染推进剂凝相燃烧产物收集装置进行燃烧产物收集的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.组装固体发动机，将固体推进剂固定在发动机壳体内；固体发动机与收集容器装配连接，真空泵与真空泵接口连接，高压氩气瓶与氩气进气口连接，手阀安装在手阀排气接口上，电磁阀排气口与电磁阀连接，压强传感器安装在容器箱体的压强传感器接口上；

步骤2.关闭收集容器各接口,打开真空泵接口，开启真空泵，抽真空至收集容器内气压达到0.03Mpa，保持真空状态5分钟后关闭真空泵，检查收集容器的气密性；

步骤3.将收集容器内充入氩气，氩气压强维持在固体发动机工作压强；

步骤4.固体推进剂点火，同时通过压强传感器采集容器内压强；

步骤5.固体推进剂燃烧过程中，若收集容器内压强超过指定工作压强，电磁阀排气，使收集容器内压强维持在指定工作压强；

步骤6.固体推进剂燃烧结束，待凝相产物冷却后,打开手阀放气，至收集容器内恢复常压，打开收集容器收集全部凝相燃烧产物。