CN105332822B - 一种组合式多功能燃烧装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种组合式多功能燃烧装置，其包括并联设置的若干个燃烧试验件以及推进剂供应系统；所述的推进剂供应系统包括氧化剂贮箱，氧化剂贮箱通过管路与若干个燃烧试验件的氧化剂进口分别连接；在氧化剂贮箱与每个燃烧试验件的氧化剂进口连接的管路上均设置氧化剂流量调节元件；所述的推进剂供应系统还包括燃料贮箱，燃料贮箱通过管路与若干个燃烧试验件的燃料进口分别连接；在燃料贮箱与每个燃烧试验件的燃料进口连接的管路上均设置燃料流量调节元件。本发明采用分段串联组合式燃烧装置的并联式试验，可实现燃烧效率、热流分布多功能测量；可实现燃烧室轴向长度可调，可最大地实现相同工况条件下不同喷注器方案的性能对比研究。

Description

一种组合式多功能燃烧装置

技术领域

本发明涉及一种适用于液体火箭发动机高压大热流推力室性能研究的可实现燃烧效率、热流分布和声学特性等多功能测量的分段串联组合式燃烧装置。

背景技术

目前我国尚不具备大推力液体火箭发动机推力室高压挤压热试车的条件，因此为优化推力室设计，提高燃烧性能，只能通过单喷嘴或缩比喷注器热试车的方式来进行模拟研究。近年来国内外的研究结果表明，包括氧化剂喷嘴缩进、出口直径、出口管壁厚、燃料喷嘴环形间隙和单喷嘴流量等诸多喷注器结构细节参数以及燃烧室长度、型面等诸多燃烧室结构细节参数都对燃烧效率、热流分布和声学特性有较大的影响。传统的缩比热试验通常采用喷注器和燃烧室串联的两段式试验件结构，每次试验只能对其中一个设计参数进行考核。要得到上述每种参数的影响规律，需要设计数十种方案的试验件，进行数十次热试验考核，则试验次数及成本、周期需求太多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有缩比试验用燃烧装置设计和试验技术的不足，提供一种适用于液体火箭发动机高压大热流推力室性能研究的，可实现燃烧效率、热流分布和声学特性等多功能测量的分段串联组合式多功能燃烧装置，实现一套试验件尽可能多的获取关键设计信息，一次热试验考核多种喷注器方案的目的。

实现本发明目的的技术方案如下：一种燃烧试验件，该燃烧试验件包括依次连接的喷注器、安装段、1#圆柱段、2#圆柱段和喷管段；在喷注器的一端设有氧化剂进口，在喷注器上与氧化剂进口垂直方向设有燃料进口；在1#圆柱段上设有冷却剂出口和1#圆柱段冷却剂入口；在2#圆柱段上设有2#圆柱段冷却剂入口和2#圆柱段冷却剂出口；在喷管段上设有冷却剂入口、喷管段冷却剂出口；工作过程中，氧化剂由氧化剂进口进入；燃料由燃料进口进入；冷却剂由冷却剂入口流入，由冷却剂出口流出；所述的1#圆柱段、2#圆柱段和喷管段的冷却剂流路通过金属软管实现串联，冷却剂采用逆流方式，从喷管段大端的冷却剂入口进入，依次流过喷管段和两个圆柱段后，最终由冷却剂出口排出，即流经顺序为冷却剂入口、喷管段冷却剂出口、2#圆柱段冷却剂入口、2#圆柱段冷却剂出口、1#圆柱段冷却剂入口、冷却剂出口。

如上所述的一种燃烧试验件，其在所述的冷却剂出口设置1#圆柱段冷却剂出口温度测点，在2#圆柱段冷却剂出口设置2#圆柱段冷却剂出口温度测点，在喷管段冷却剂出口设置喷管段冷却剂出口温度测点。

如上所述的一种燃烧试验件，其在所述的1#圆柱段的燃烧室壁上设置3#燃气压力测点，在所述的2#圆柱段的燃烧室壁上设置2#燃气压力测点，在所述的喷管段的燃烧室壁上设置1#燃气压力测点。

如上所述的一种燃烧试验件，其特征在于：所述的喷注器、安装段、1#圆柱段、2#圆柱段和喷管段之间通过螺栓连接。

本发明所述的一种组合式多功能燃烧装置，其包括并联设置的若干个燃烧试验件以及推进剂供应系统；所述的推进剂供应系统包括氧化剂贮箱，氧化剂贮箱通过管路与若干个燃烧试验件的氧化剂进口分别连接；在氧化剂贮箱与每个燃烧试验件的氧化剂进口连接的管路上均设置氧化剂流量调节元件；所述的推进剂供应系统还包括燃料贮箱，燃料贮箱通过管路与若干个燃烧试验件的燃料进口分别连接；在燃料贮箱与每个燃烧试验件的燃料进口连接的管路上均设置燃料流量调节元件；每个燃烧试验件均配置一个点火器；每个点火器分别通过管路连接点火燃料气瓶和点火氧化剂气瓶；每个燃烧试验件的冷却剂入口通过管路连接冷却剂箱。

如上所述的一种组合式多功能燃烧装置，其所述的每个点火器与点火燃料气瓶连接的管路上设有燃料控制阀。

如上所述的一种组合式多功能燃烧装置，其所述的每个点火器与点火氧化剂气瓶连接的管路上设有点火燃料控制阀。

如上所述的一种组合式多功能燃烧装置，其所述的每个燃烧试验件的冷却剂入口与冷却剂箱连接的管路上设有冷却剂控制阀。

如上所述的一种组合式多功能燃烧装置，其所述的每一路燃烧试验件上都设置冷却剂流量调节元件。

本发明的效果在于：本发明通过试验件的串联式组合设计和试验系统的并联式配置，实现一套试验件尽可能多的获取燃烧效率、热流分布和声学特性等关键设计信息，一次热试验考核多种喷注器方案的目的，最终在最大化节省研制成本、缩短周期的前提下，充分研究各种设计参数的影响。本发明采用一种分段串联组合式燃烧装置的并联式试验，可实现燃烧效率、热流分布多功能测量；采用分段串联组合式结构可实现燃烧室轴向长度可调，通过调整模块数量可以模拟不同燃烧室长度下的燃烧效率；采用分段冷却测量结构可实现燃烧室沿程不同截面热流分布信息的采集；通过不同截面燃气压力的测量可以获取燃烧室沿程不同截面的压力分布及热力损失信息；通过多个串联模块的并联热试验可最大可能地实现相同工况条件下不同喷注器方案的性能对比研究。

附图说明

图1为本发明所述的一种组合式多功能燃烧装置示意图。

图2为本发明所述的燃烧试验件结构示意图。

图中：1.氧化剂贮箱；2.燃料贮箱；3.点火燃料气瓶；4.点火氧化剂气瓶；5.冷却剂箱；6.氧化剂控制阀；7.燃料控制阀；8.点火燃料控制阀；9.点火氧化剂控制阀；10.冷却剂控制阀；11.氧化剂流量调节元件；12.燃料流量调节元件；13.冷却剂流量调节元件；14.点火器；15.燃烧试验件；16.喷注器；17.安装段；18.1#圆柱段；19.2#圆柱段；20.喷管段；21.冷却剂入口；22.冷却剂出口；23.喷管段冷却剂出口；24.2#圆柱段冷却剂入口；25.2#圆柱段冷却剂出口；26.1#圆柱段冷却剂入口；27.喷管段冷却剂出口温度测点；28.2#圆柱段冷却剂出口温度测点；29.1#圆柱段冷却剂出口温度测点；30.1#燃气压力测点；31.2#燃气压力测点；32.3#燃气压力测点；33.氧化剂进口；34.燃料进口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明所述的一种组合式多功能燃烧装置作进一步详细说明。

如图2所示，本发明所述的一种燃烧试验件，其包括依次连接的喷注器16、安装段17、1#圆柱段18、2#圆柱段19和喷管段20；在喷注器16的一端设有氧化剂进口33，在喷注器16上与氧化剂进口33垂直方向设有燃料进口34；在1#圆柱段18上设有冷却剂出口22和1#圆柱段冷却剂入口26；在2#圆柱段19上设有2#圆柱段冷却剂入口24和2#圆柱段冷却剂出口25；在喷管段20上设有冷却剂入口21、喷管段冷却剂出口23；

工作过程中，氧化剂由氧化剂进口33进入；燃料由燃料进口34进入；冷却剂由冷却剂入口21流入，由冷却剂出口22流出；

所述的1#圆柱段18、2#圆柱段19和喷管段20的冷却剂流路通过金属软管实现串联，冷却剂采用逆流方式，从喷管段20大端的冷却剂入口21进入，依次流过喷管段和两个圆柱段后，最终由冷却剂出口22排出，即流经顺序为冷却剂入口21、喷管段冷却剂出口23、2#圆柱段冷却剂入口24、2#圆柱段冷却剂出口25、1#圆柱段冷却剂入口26、冷却剂出口22。

在所述的冷却剂出口22设置1#圆柱段冷却剂出口温度测点29，在2#圆柱段冷却剂出口25设置2#圆柱段冷却剂出口温度测点28，在喷管段冷却剂出口23设置喷管段冷却剂出口温度测点27。

在所述的1#圆柱段18的燃烧室壁上设置3#燃气压力测点32，在所述的2#圆柱段19的燃烧室壁上设置2#燃气压力测点31，在所述的喷管段20的燃烧室壁上设置1#燃气压力测点30。

所述的喷注器16、安装段17、1#圆柱段18、2#圆柱段19和喷管段20之间通过螺栓连接。

如图1所示，本发明所述的一种组合式多功能燃烧装置，其包括并联设置的3个燃烧试验件15以及推进剂供应系统；

所述的推进剂供应系统包括氧化剂贮箱1，氧化剂贮箱1通过管路与3个燃烧试验件15的氧化剂进口33分别连接；在氧化剂贮箱1与每个燃烧试验件15的氧化剂进口连接的管路上均设置氧化剂流量调节元件11；

所述的推进剂供应系统还包括燃料贮箱2，燃料贮箱2通过管路与3个燃烧试验件15的燃料进口34分别连接；在燃料贮箱2与每个燃烧试验件15的燃料进口连接的管路上均设置燃料流量调节元件12；

每个燃烧试验件15均配置一个点火器14；每个点火器分别通过管路连接点火燃料气瓶3和点火氧化剂气瓶4；

每个燃烧试验件15的冷却剂入口21通过管路连接冷却剂箱5。

所述的每个点火器与点火燃料气瓶3连接的管路上设有燃料控制阀7。

所述的每个点火器与点火氧化剂气瓶4连接的管路上设有点火燃料控制阀8。

所述的每个燃烧试验件15的冷却剂入口21与冷却剂箱5连接的管路上设有冷却剂控制阀10。

所述的每一路燃烧试验件15上都设置冷却剂流量调节元件13。

本发明在燃烧试验件设计上，采用分段串联组合式设计，将整个试验件分为喷注器、安装段、1#圆柱段、2#圆柱段和喷管段共5部分，各部分均可拆换，通过不同的组合可以模拟不同燃烧室长度下的燃烧效率和声学特性；其中后三部分采用夹套水冷结构，通过分段冷却剂温升的测量可以获取燃烧室沿程不同截面热流分布信息的采集。工作过程中，氧化剂由氧化剂进口进入；燃料由燃料进口进入；冷却剂采用逆流方式，冷却剂由冷却剂入口流入，由冷却剂出口流出。所述的1#圆柱段、2#圆柱段和喷管段的冷却剂流路出口分别设置冷却剂出口温度测点，采用分段冷却温升测量结构可实现燃烧室沿程不同截面热流分布信息的采集。所述的1#圆柱段、2#圆柱段和喷管段的燃烧室壁上分别设置有燃气压力测点，通过不同截面燃气压力的测量可以获取燃烧室沿程不同截面的压力分布及热力损失信息。

本发明的燃烧试验系统主要由燃烧试验件、点火器以及相应的推进剂供应系统和流量控制系统组成。其中推进剂供应系统即氧化剂贮箱、燃料贮箱、点火燃料气瓶、点火氧化剂气瓶、冷却剂箱、氧化剂控制阀、燃料控制阀、点火燃料控制阀、点火氧化剂控制阀和冷却剂控制阀为共用设备。可以通过尽可能对称的流路设计实现推进剂的均匀分配，实现燃烧试验件的多路并联，每个试验件配置一个点火器。每一路试验件都要分别在氧化剂路、燃料路和冷却剂路设置氧化剂流量调节元件、燃料流量调节元件和冷却剂流量调节元件，以实现每一路试验件流量的精确控制，最大可能地实现相同工况条件下不同喷注器方案的性能对比研究。

Claims (7)

1.一种燃烧试验件，其特征在于：该燃烧试验件包括依次连接的喷注器(16)、安装段(17)、1#圆柱段(18)、2#圆柱段(19)和喷管段(20)；在喷注器(16)的一端设有氧化剂进口(33)，在喷注器(16)上与氧化剂进口(33)垂直方向设有燃料进口(34)；在1#圆柱段(18)上设有冷却剂出口(22)和1#圆柱段冷却剂入口(26)；在2#圆柱段(19)上设有2#圆柱段冷却剂入口(24)和2#圆柱段冷却剂出口(25)；在喷管段(20)上设有冷却剂入口(21)、喷管段冷却剂出口(23)；

工作过程中，氧化剂由氧化剂进口(33)进入；燃料由燃料进口(34)进入；冷却剂由冷却剂入口(21)流入，由冷却剂出口(22)流出；

所述的1#圆柱段(18)、2#圆柱段(19)和喷管段(20)的冷却剂流路通过金属软管实现串联，冷却剂采用逆流方式，从喷管段(20)大端的冷却剂入口(21)进入，依次流过喷管段和两个圆柱段后，最终由冷却剂出口(22)排出，即流经顺序为冷却剂入口(21)、喷管段冷却剂出口(23)、2#圆柱段冷却剂入口(24)、2#圆柱段冷却剂出口(25)、1#圆柱段冷却剂入口(26)、冷却剂出口(22)；

在所述的冷却剂出口(22)设置1#圆柱段冷却剂出口温度测点(29)，在2#圆柱段冷却剂出口(25)设置2#圆柱段冷却剂出口温度测点(28)，在喷管段冷却剂出口(23)设置喷管段冷却剂出口温度测点(27)；

在所述的1#圆柱段(18)的燃烧室壁上设置3#燃气压力测点(32)，在所述的2#圆柱段(19)的燃烧室壁上设置2#燃气压力测点(31)，在所述的喷管段(20)的燃烧室壁上设置1#燃气压力测点(30)。

2.根据权利要求1所述的一种燃烧试验件，其特征在于：所述的喷注器(16)、安装段(17)、1#圆柱段(18)、2#圆柱段(19)和喷管段(20)之间通过螺栓连接。

3.一种组合式多功能燃烧装置，其特征在于：该装置包括并联设置的若干个燃烧试验件(15)以及推进剂供应系统；

所述的推进剂供应系统包括氧化剂贮箱(1)，氧化剂贮箱(1)通过管路与若干个燃烧试验件(15)的氧化剂进口(33)分别连接；在氧化剂贮箱(1)与每个燃烧试验件(15)的氧化剂进口连接的管路上均设置氧化剂流量调节元件(11)；在所述的推进剂供应系统还包括燃料贮箱(2)，燃料贮箱(2)通过管路与若干个燃烧试验件(15)的燃料进口(34)分别连接；在燃料贮箱(2)与每个燃烧试验件(15)的燃料进口连接的管路上均设置燃料流量调节元件(12)；

每个燃烧试验件(15)均配置一个点火器(14)；每个点火器分别通过管路连接点火燃料气瓶(3)和点火氧化剂气瓶(4)；

每个燃烧试验件(15)的冷却剂入口(21)通过管路连接冷却剂箱(5)。

4.根据权利要求3所述的一种组合式多功能燃烧装置，其特征在于：所述的每个点火器与点火燃料气瓶(3)连接的管路上设有燃料控制阀(7)。

5.根据权利要求3所述的一种组合式多功能燃烧装置，其特征在于：所述的每个点火器与点火氧化剂气瓶(4)连接的管路上设有点火燃料控制阀(8)。

6.根据权利要求3所述的一种组合式多功能燃烧装置，其特征在于：所述的每个燃烧试验件(15)的冷却剂入口(21)与冷却剂箱(5)连接的管路上设有冷却剂控制阀(10)。

7.根据权利要求3所述的一种组合式多功能燃烧装置，其特征在于：所述的每个燃烧试验件(15)上都设置冷却剂流量调节元件(13)。