CN110259603A - 固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器 - Google Patents

固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，包括燃烧室、燃烧室顶盖和点火座装置，所述燃烧室的进气壁面开有第一阶梯通孔，用于同轴安装进气腔；所述燃烧室的出气壁面开有第二阶梯通孔，用于安装喷管；所述燃烧室两侧壁面上均开有窗口，通过玻璃盖板将石英玻璃固定于所述燃烧室的窗口处，用于实时观察火箭发动机燃烧过程；所述燃烧室的底面和所述燃烧室顶盖上均开有装药凹槽，两个装药凹槽内均设置有第二绝热层，在第二绝热层上固定固体燃料。燃烧室内增设装药凹槽增强氧化剂与燃料间的掺混程度，提高燃烧过程中燃料对氧气的利用率；增设喷管节流装置，根据不同要求更换不同喉径的喷管，可有效分析燃烧室压力对固体燃料扩散燃烧的影响。

Description

固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器
技术领域
本发明属于火箭发动机领域，具体涉及一种固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器,用于火箭发动机燃烧过程的光学诊断及机理研究。
背景技术
固液混合火箭发动机兼具安全可靠性高、系统简单、比冲高、推力可调节等优点，已逐渐成为航天推进系统的研究热点，然而固液混合火箭发动机退移速率较低，往往导致发动机推力难以满足发射要求。由于在固液混合发动机中燃料与氧化剂分开存放的特性，氧化剂与燃料发生的是典型的扩散燃烧，并且扩散燃烧的尺度较大，燃烧过程直接影响燃料的燃面退移。采用精细化诊断燃烧器观察燃料的扩散燃烧过程，可揭示燃面退移机制，从而实现燃面退移速率的有效提升。
文献“48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference&Exhibit会议2012年7月30日-2012年8月1日的Visualization of the Liquid Layer Combustion ofParaffin Fuel for Hybrid Rocket Applications”公开了一种固体燃料扩散燃烧可视化装置，该装置由三块聚碳酸酯玻璃、燃烧室、玻璃盖板、固体燃料、固体燃料支撑板、支撑板固定座、排气管、排气管固定座、热电偶、氧化剂供给管路、氮气吹扫管路组成。燃烧室的上侧和前后侧壁面设有凹槽，分别安装有聚碳酸酯玻璃，聚碳酸酯玻璃与燃烧室壳体间放置有保护垫圈。玻璃盖板与燃烧室壳体间通过螺钉封装，玻璃盖板设有观察窗。支撑板固定座与燃烧室通过螺钉连接，固体燃料支撑板后端固定在支撑板座上，前端悬空于燃烧室，支撑板设有凹槽用于放置固体燃料且侧部开通孔用于定位镍铬点火线。排气管固定在排气管固定座上，与大气直接相通，燃烧室压力保持为大气压，排气管固定座与支撑板固定座通过螺钉连接。热电偶安装在燃烧室左侧底部位置，用于测试氧化剂来流温度。氧化剂供给管路和氮气吹扫管路安装在燃烧室壳体左侧壁面，氮气吹除管路用于熄灭火焰并吹扫氧化剂和燃烧产物。
上述文献公开的固体燃料扩散燃烧可视化装置存在以下3点缺陷：
1、燃烧室采用金属壳体且无热防护措施，燃烧过程中高温燃气易造成燃烧室壳体烧蚀，造成燃烧室不能重复利用，且燃烧方式为单侧装药燃烧，氧气利用率低。
2、燃烧室通过排气管与大气直接相通，出口无节流装置，燃烧室压强始终保持为大气压。无法分析固液混合发动机工作状态下固体燃料的扩散燃烧过程。且现有技术中的排气管作用只是为保持燃烧室的密闭，用于排出废气。
3、氧化剂喷注方式单一，无法观测不同氧化剂喷注方式下的固体燃料扩散燃烧现象。
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，本发明提出一种燃烧室压强可调、喷注方式可变的固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，燃烧室内增设装药凹槽，增强氧化剂与燃料间的掺混程度，提高燃烧过程中固体燃料对氧气的利用率；并采用石墨绝热层防护，有效防止高温高压燃气对燃烧室壳体造成烧蚀，装置重复使用率高；增设喷管节流装置，根据不同实验要求更换不同喉径的喷管，易建立不同燃烧室压力，可有效分析燃烧室压力对固体燃料扩散燃烧的影响。
本发明的技术方案是：一种固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，包括燃烧室、燃烧室顶盖和点火座装置，所述燃烧室顶盖通过螺栓和石墨垫片密封固定于所述燃烧室的开口端，所述点火装置设置于靠近所述燃烧室的进气壁面一端；其特征在于：所述燃烧室的进气壁面中心处开有第一阶梯通孔，用于同轴安装进气腔，并通过O型圈密封，所述进气腔的头部同轴固定有进气道；所述燃烧室的出气壁面中心处开有第二阶梯通孔，所述第二阶梯通孔内通过喷管压螺同轴固定有喷管，所述燃烧室的出气壁面与喷管压螺的接触面通过O型圈密封；所述喷管内的喉段占喷管总长的三分之二；
所述燃烧室的相对两侧壁面上均开有窗口，通过螺钉和玻璃盖板将石英玻璃固定安装于所述燃烧室的窗口处，用于实时观察火箭发动机燃烧过程，并采用硅胶密封圈密封；
所述燃烧室的底面和所述燃烧室顶盖下表面中间位置均开有装药凹槽，两个所述装药凹槽内均设置有第二绝热层，在所述第二绝热层上固定固体燃料；
所述点火装置包括点火座、点火压螺、聚四氟乙烯锥、点火丝和点火药包；所述燃烧室顶盖上表面靠近所述进气腔一端开有第一通孔，所述第一通孔正上方同轴固定有点火座，点火压螺通过螺纹与所述点火座连接，两者之间采用聚四氟乙烯锥密封，点火药包通过点火丝悬置于所述第一通孔内；所述燃烧室顶盖上表面靠近所述喷管压螺一端开有第二通孔，所述第二通孔正上方同轴固定有测压座；
所述燃烧室的装药凹槽槽底面沿燃烧室的轴向开有N个通孔，N≥3；N个带有螺纹孔的热电偶座分别固定于所述燃烧室底部N个通孔的正下方，N个热电偶压螺分别通过螺纹与N个热电偶座连接，用于测试固体燃料燃烧过程的温度变化。
本发明的进一步技术方案是：所述进气腔的外周面与所述燃烧室的第一阶梯通孔通过螺纹配合安装。
本发明的进一步技术方案是：所述进气道安装于所述进气腔朝向所述燃烧室外一端，所述进气腔另一端为出气口，所述出气口处同轴设置有中心射流喷注器；所述中心射流喷注器为圆盘状，同轴安装于所述燃烧室的第一阶梯通孔内，并通过阶梯面限制其轴向位移，其圆盘端面上周向均布若干通孔作为进气喷嘴。
本发明的进一步技术方案是：所述进气腔内同轴依次安装有四角切圆离心式喷注器和第一绝热层；所述四角切圆离心式喷注器为圆锥体结构，其底部端面上同轴开有环形凹槽，在所述环形凹槽的外槽壁上沿周向均布四个切向通孔作为进气喷嘴；所述第一绝热层同轴贴合安装于所述进气腔内，其一端与所述四角切圆离心式喷注器的底端面贴合，另一端与所述燃烧室的第一阶梯通孔的阶梯面贴合，用于将所述四角切圆离心式喷注器压紧安装于所述进气道出口处。
本发明的进一步技术方案是：将所述石英玻璃位于所述燃烧室内的一侧壁面加工为π/2凹圆弧，将上、下所述固体燃料的相对面均加工为π/2凹圆弧，使得所述石英玻璃与上、下固体燃料之间形成的空腔截面为圆形。
本发明的进一步技术方案是：所述燃烧室的第二台阶通孔的中段为等径通孔，与所述燃烧室内连通的一段是锥形孔，所述锥形孔从所述等径通孔向燃烧室内壁扩张；所述等径通孔与燃烧室外连通的一段为螺纹通，用于与所述喷管压螺的螺纹配合安装；所述喷管压螺与所述第二阶梯通孔连接的一端内开有盲孔，将所述喷管同轴安装于所述盲孔。
本发明的进一步技术方案是：所述喷管中心轴处开有通孔，位于中段的等径通孔是喉段，两端分别是收缩孔和扩张孔，所述收缩孔的大直径一端与所述燃烧室的第二阶梯通孔的中段连通，且直径相同；所述扩张孔从所述喉段向所述喷管压螺头部扩张。
本发明的进一步技术方案是：所述石英玻璃与燃烧室之间安装有石墨垫片。
本发明的进一步技术方案是：所述燃烧室顶盖的装药凹槽的一端为封闭端，另一端为开口端，其竖向截面为T型；将所述固体燃料粘结在所述第二绝热层上后，整体从所述装药凹槽的开口端插入，安装于所述燃烧室顶盖的装药凹槽内，并采用绝热层挡板将所述装药凹槽的开口端封装。
本发明的进一步技术方案是：所述第二绝热层为石墨绝热层。
有益效果
本发明的有益效果在于：
1、燃烧室顶盖增设有装药凹槽，燃烧室内采用上、下双侧装药，增强氧化剂与固体燃料间的掺混程度，提高燃烧过程中固体燃料对氧气的利用率，避免富余氧气在高温高压环境下与燃烧室金属壳体发生强烈的氧化还原反应，造成壳体损坏，同时采用上、下双侧装药还可分析重力作用对固体燃料扩散燃烧的影响。
2、燃烧室上下装药凹槽内均采用石墨绝热层防护，能够有效防止高温高压燃气对燃烧室壳体造成烧蚀，装置重复使用率高。
3、氧化剂喷注方式的选择直接影响氧化剂与固体燃料的掺混程度，从而影响燃烧效率。本发明中氧化剂提出两种喷注方式，及中心射流喷注和旋流喷注，能够根据需要进行跟换。燃烧室根据实验要求装配不同喷注器进行对比试验，互换性高，便于分析不同喷注方式下的固体燃料扩散燃烧现象。
4、本发明在燃烧室的出气壁面增设喷管节流装置，根据不同实验要求的要求更换不同喉径的喷管，易建立不同燃烧室压力，可有效分析燃烧室压力对固体燃料扩散燃烧的影响。
5、本发明喷管采用长喉段设计，喉段约占整个喷管长度的三分之二，因为燃烧过程中高温富氧环境、高温高压燃气和金属粒子冲刷会造成喷管喉部直径扩大，从而造成燃烧室压强突降，影响实验分析；采用长喉段设计，能降低燃烧过程中高温高压燃气和金属粒子冲刷使喷管喉部直径扩大造成的影响，虽喉部仍会有一定程度的烧蚀，但只要燃烧过程中整个喉部通道的最小截面不变，即能维持燃烧室压强，增加了实验的可靠性。而现有技术中喉段约占整个喷管的六分之一，仅用于提高技工精度，并不能使燃烧室压强保持稳定。
6、实验过程采用热电偶测试燃料燃烧过程的温度变化，易于分析在不同压强和不同喷注方式下固体燃料的燃烧波结构。现有技术中热电偶只是用于测量氧化剂来流温度。
7、燃烧室双侧壁均安装有石英玻璃，能对不同燃烧室压力、不同氧化剂喷注方式下的扩散燃烧过程进行纹影、化学自发光等非接触式光学诊断。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做详细说明。
附图说明
图1是本发明固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器采用中心射流喷注的主剖视图。
图2是图1的A-A向剖视图。
图3是图1的B-B向剖视图。
图4是本发明固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器采用旋流喷注的主剖视图。
图5是图4的A-A向剖视图。
图6是图4的B-B向剖视图。
图7是图2的I处放大视图。
图8是图4的Ⅱ处放大视图。
图9是图1中进气腔的主视图的全剖视图和左视图。
图10是图1中四角切圆离心式喷注器的主视图的全剖视图和A-A向剖视图。
图11是图1中中心射流喷注器主视图的全剖视图和左视图。
图12是图1中点火压螺的主视图全剖视图和左视图。
图13是图1中喷管压螺的主视图的全剖视图和左视图。
图14是图1中喷管的主视图的全剖视图和左视图。。
图15是图2中玻璃盖板的主视图。
图16是图2中玻璃盖板的左视图的剖视图。
图17是图1中燃烧室顶盖的仰视图。
图18是图1中燃烧室顶盖的主视图全剖视图。
图19是图1中燃烧室顶盖的右视图。
附图标记说明：1-进气道，2-进气腔，3-O型圈，4-中心射流喷注器，5-四角切圆离心式喷注器，6-第一绝热层，7-燃烧室，8-燃烧室顶盖，9-点火压螺，10-聚四氟乙烯锥，11-点火座，12-点火药包，13-第二绝热层B，14-第二绝热层C，15-石英玻璃，16-玻璃盖板，17-测压座，18-固体燃料，19-绝热层挡板，20-石墨垫片，21-硅胶密封圈，22-喷管，23-喷管压螺，24-热电偶座，25热电偶压螺，26-弧形石英玻璃。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以下实施例参照图1～19。
参照图1和图4，本发明一种固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器包括进气道1、进气腔2、O型圈3、中心射流喷注器4、-四角切圆离心式喷注器5、绝热层A6、燃烧室7、燃烧室顶盖8、点火压螺9、聚四氟乙烯锥10、点火座11、点火药包12、绝热层B13、绝热层C14、石英玻璃15、玻璃盖板16、测压座17、固体燃料18、绝热层挡板19、石墨垫片20、硅胶密封圈21、喷管22、喷管压螺23、热电偶座24、热电偶压螺25和弧形石英玻璃26。燃烧室7进气壁面中心设有圆形第一阶梯通孔，所述第一阶梯通孔外端攻有内螺纹，进气腔2通过螺纹与燃烧室7的第一阶梯通孔连接，进气道1同轴焊接于进气腔2头部进气口处。
参照图1、2和3，采用中心射流喷注时，中心射流喷注器4同轴安装于燃烧室7进气壁面的的第一阶梯通孔内，进气腔2通过螺纹与燃烧室7连接，同时可以固定中心射流喷注器4，进气腔2与燃烧室7之间通过O型圈3压紧密封从而实现喷注器组件轴向密封的目的。
参照图4、5和6，采用旋流喷注时，四角切圆离心式喷注器5放置于进气腔2内部的过渡台阶处，进气腔2与燃烧室7之间的环形密封槽内安装O型圈3，保证密封效果；并采用第一绝热层6压紧密封同时避免火焰回流毁坏喷注器，第一绝热层6通过燃烧室7进气壁面的阶梯面定位。
燃烧室7出气壁面中心设计有第二阶梯通孔，包括锥形孔和内螺纹孔；喷管压螺23通过螺纹与燃烧室7第二阶梯通孔的内螺纹孔旋接，两者间采用O型圈3密封，喷管压螺23沿轴向开有阶梯孔，喷管22同轴安装于喷管压螺23的阶梯形内孔中。
燃烧室7侧壁面开有矩形环状台阶窗口，石英玻璃15外缘设置有矩形环状凸台，石英玻璃15的环形凸台面与燃烧室7侧壁环状台阶面实现台面间配合，可实现石英玻璃15与燃烧室7侧壁之间的定位，在燃烧室7环状台阶面与石英玻璃15环状凸台面间之间放置有石墨垫片20，实现两者间的密封。参照图15和16，玻璃盖板16为环形结构内侧设有凹槽，石英玻璃15外表面嵌入玻璃盖板16内侧凹槽，并且在玻璃盖板16与石英玻璃15间也设置有石墨垫片20，石墨垫片20有压缩余量，既能方便控制预紧力，保护石英玻璃15不与燃烧室7和玻璃盖板16直接接触导致石英玻璃15破裂，又能实现三者间的密封。玻璃盖板16周向设计有12个直径相同的通孔，缩紧螺钉通过通孔连接玻璃盖板16与燃烧室7，同时玻璃盖板16内侧周向设有环形浅槽，通过放置硅胶密封圈21可进一步保证密封性。
参照图17、18和19，燃烧室顶盖8周向开有12个相同直径的通孔，底部设有T型槽，第二绝热层B 13中间设有凹槽与固体燃料18粘结后，嵌入燃烧室顶盖8的T型槽中，并采用绝热层挡板19封装，螺钉通过燃烧室顶盖8周向设计的通孔将燃烧室顶盖8与燃烧室7固定连接，两者间安装有石墨垫片20。燃烧室7内部底面设有凹槽，将第二绝热层C 14嵌入后放置固体燃料18，第二绝热层C 14底部设有三个通孔，与燃烧室7底面三个通孔同轴。
燃烧室顶盖8距离左右端1/3处各开有通孔，点火压螺9通过螺纹与焊接在燃烧室顶盖8左侧通孔正上方的点火座11连接，聚四氟乙烯锥10放置在两者间的锥形孔中，点火药包12通过点火丝悬置在燃烧室顶盖8左侧通孔内。测压座17同轴焊接在燃烧室顶盖8右侧的通孔正上方。热电偶压螺25通过螺纹与焊接在燃烧室7底部通孔正下方的热电偶座24连接，聚四氟乙烯锥10放置在两者间的锥形孔中。
喷注方式更换为旋流喷注时，只需将石英玻璃15更换为内侧前端加工为π/2凹圆弧的石英玻璃26，并修剪固体燃料18使其带有π/2凹圆弧即可，从而使燃烧室7空腔成为近圆形截面，避免燃烧室内部方形截面破坏氧化剂旋流状态。
所述进气腔2前端内部为锥形结构，后端内部为圆柱形空腔结构，前后端内部过渡处设有带密封槽的环形台阶，进气腔后侧攻有外螺纹。为便于装配，在进气腔外壁上环向均布4个盲孔，用以固定钩形扳手。
所述中心射流喷注器4为圆盘状，环向均布有17个进气喷嘴。
所述四角切圆离心式喷注器5为圆锥形结构，其底部端面上同轴开有环形凹槽，在所述环形凹槽的外槽壁上沿周向均布四个切向通孔作为进气喷嘴。
所述喷管22轴向开有通孔，位于中段的等径通孔是喉段，两端分别是收缩孔和扩张孔，喉段设计较长，设计长度为14mm。因为燃烧过程中高温富氧环境、高温高压燃气和金属粒子冲刷会造成喷管喉部直径扩大，从而造成燃烧室压强突降，影响实验分析。采用长喉段设计，虽喉部仍会有一定程度的烧蚀，但只要燃烧过程中整个喉部通道的最小截面不变，即能维持燃烧室压强，增加了实验的可靠性。
所述喷管压螺23周面攻有外螺纹，轴向设计有阶梯孔，喷管压螺23通过螺纹旋接在燃烧室壳体7出气壁面上，两者间采用O型圈3实现密封，喷管22放置在喷管压螺23的阶梯孔中并通过喷管压螺23的台阶面固定。为便于装配，在喷管压螺23外壁上设计有4个盲孔，用以固定钩形扳手。
所述热电偶座24和热电偶压螺25轴向设计有锥形孔，锥形孔处放置起密封作用的聚四氟乙烯锥10。热电偶压螺24侧面攻有外螺纹，与焊接在燃烧室7底部通孔正下方的热电偶座24通过螺纹连接。
具体实施例：本发明的原理即氧化剂经储罐进入进气腔，再从进气腔经由中心射流喷注器或四角切圆离心式喷注器喷入燃烧室。燃烧室内装有固体燃料药柱，药柱侧面涂抹有包覆层，保证燃料端面燃烧，双侧开有透明窗口。在燃烧过程中，通过非接触光学诊断研究固体燃料扩散燃烧过程，因其非侵入特性，光学仪器对燃烧室内弹道性能参数无干涉作用能最大程度保证数据采集的准确性。同时实验过程通过热电偶接触式诊断，分析固体燃料的燃烧波结构，故能较准确的研究固体燃料扩散燃烧情况。
实施例1：采用中心射流喷注时，喷注器使用中心射流喷注器4，中心射流喷注器4设计喷嘴数为17，喷嘴直径为3mm。将燃料切成端面尺寸为20mm×20mm，长度为60mm的长条形药条若干根。按照质量分数92％和8％称好无水乙醇和聚乙烯醇缩丁醛配置包覆液，将聚乙烯醇缩丁醛缓慢加入无水乙醇中，置于50℃的水浴中，用玻璃棒不断搅拌直至聚乙烯醇缩丁醛完全溶解，使用配置好的包覆液对固体燃料18侧面均匀涂抹，保证装药平行层燃烧。使用直径为0.5mm的麻花钻头在其中一个固体燃料18药条和石墨绝热层C 14上钻孔，固体燃料内孔深为燃料高度的2/3(使得固体燃料窗口可视)，孔心位置与燃烧室7壳体底部通孔同轴。按照质量比为5:3称好环氧树脂(A胶)和固化剂(B胶)，常温下用玻璃棒搅拌均匀，均匀涂抹在固体燃料18底面与石墨绝热层B 13和绝热层C 14上，常温下固化4小时，使固体燃料18与绝热层之间粘结紧密，再嵌入燃烧室7底部凹槽和燃烧室顶盖8凹槽中，采用绝热层挡板19封装燃烧室顶盖8，再用螺钉连接燃烧室顶盖8和燃烧室7。将热电偶丝用20％(质量分数)氢氧化钠清洗，再用蒸馏水洗净碱液，然后用酒精擦净表面，烘干。将热电偶丝正负极一端用氩弧焊焊接成检测端，通过热电偶座24插入到固体燃料18药柱内孔，旋紧热电偶压螺25。将点火药包12通过点火丝悬置在燃烧室顶盖8左侧通孔下侧，点火压螺9旋接在点火座11上。将压力传感器旋接在测压座17上，将喷管22放置在喷管压螺23的阶梯型内孔，旋转喷管压螺23连接在燃烧室7右侧壁面。中心射流喷注器4放置在燃烧室7的阶梯孔中，进气腔2连接在燃烧室7左侧壁面。石英玻璃15安装在燃烧室7凹槽中，采用玻璃盖板16封装。进气道1连接氧化剂供应管路。
将氧气瓶及汇流排进气阀的阀门逐渐开至最大，使氧气充满汇流排。逐渐调节减压阀，根据测试系统的监测数据，将孔板上游压强调至上游压强3Mpa。连通点火丝后检查点火丝电阻。连接压强、温度数据采集测试系统，将Z型纹影成像系统放在燃烧器两侧，调整好焦距，使刀口可以遮挡部分焦点，采用高速相机记录纹影数据，连接好测温系统，记录固体燃料的燃烧波曲线。喷管喉径采用D＝3mm。接通点火电源，点燃固体燃料18，记录并保存数据。实验测试燃烧室压强Pc＝0.5Mpa。供应系统上游压强保持3Mpa，将喷管喉径改为D＝2.7mm，测得燃烧室压强Pc＝1Mpa。
实施例2：采用旋流喷注时，将中心射流喷注器4更换为四角切圆离心式喷注器5，石英玻璃15更换为弧形石英玻璃26。四角切圆离心式喷注器5切向进气喷嘴直径D＝6mm。修剪固体燃料18药柱使其带有与弧形石英玻璃26同半径的π/2圆弧，保证燃烧室7内氧化剂的旋流环境。按照质量分数92％和8％称好无水乙醇和聚乙烯醇缩丁醛配置包覆液，将聚乙烯醇缩丁醛缓慢加入无水乙醇中，置于50℃的水浴中，用玻璃棒不断搅拌直至聚乙烯醇缩丁醛完全溶解，使用配置好的包覆液对固体燃料18侧面均匀涂抹，保证装药平行层燃烧。使用直径为0.5mm的麻花钻头在其中一个药条和石墨绝热层C 14上钻孔，燃料内孔深为固体燃料18高度的1/2，孔心位置与燃烧室7壳体底部通孔同轴。按照质量比为5:3称好环氧树脂(A胶)和固化剂(B胶)，常温下用玻璃棒搅拌均匀，均匀涂抹在固体燃料底面与绝热层B 13和绝热层C 14上，常温下固化4小时，使燃料与绝热层之间粘结紧密，再嵌入燃烧室底部凹槽。将热电偶用20％(质量分数)氢氧化钠清洗，再用蒸馏水洗净碱液，然后用酒精擦净表面，烘干。将热电偶丝正负极一端用氩弧焊焊接成检测端，插入到固体燃料18药柱内控。将热电偶丝正负极一端用氩弧焊焊接成检测端，通过热电偶座24插入到固体燃料18药柱内孔，旋紧热电偶压螺25。将点火药包12通过点火丝悬置在燃烧室顶盖8左侧通孔下侧，点火压螺9旋接在点火座11上。将压力传感器旋接在测压座17上，将喷管22放置在喷管压螺23的阶梯型内孔，旋转喷管压螺23连接在燃烧室7右侧壁面。四角切圆离心式喷注器放置在进气腔2的环形台阶处，进气腔2连接在燃烧室7左侧壁面。弧形石英玻璃26安装在燃烧室7凹槽中，采用玻璃盖板16封装。进气道1连接氧化剂供应管路。
将氧气瓶及汇流排进气阀的阀门逐渐开至最大，使氧气充满汇流排。逐渐调节减压阀，根据测试系统的监测数据，将孔板上游压强调至上游压强3Mpa。连通点火丝后检查点火丝电阻。在透明窗口安装滤光片，通过高速摄像机记录燃料的化学自发光图像。连接压强、温度数据采集测试系统，连接好测温系统，记录固体燃料18的燃烧波曲线。喷管喉径设置为D＝3mm，实验测得燃烧室压强Pc＝0.8Mpa。供应系统上游压强保持为3Mpa，将喷管喉径更换为D＝2.85mm，实验测得压强Pc＝1.1Mpa。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，包括燃烧室、燃烧室顶盖和点火座装置，所述燃烧室顶盖通过螺栓和石墨垫片密封固定于所述燃烧室的开口端，所述点火装置设置于靠近所述燃烧室的进气壁面一端；其特征在于：所述燃烧室的进气壁面中心处开有第一阶梯通孔，用于同轴安装进气腔，并通过O型圈密封，所述进气腔的头部同轴固定有进气道；所述燃烧室的出气壁面中心处开有第二阶梯通孔，所述第二阶梯通孔内通过喷管压螺同轴固定有喷管，所述燃烧室的出气壁面与喷管压螺的接触面通过O型圈密封；所述喷管内的喉段占喷管总长的三分之二；
所述燃烧室的相对两侧壁面上均开有窗口，通过螺钉和玻璃盖板将石英玻璃固定安装于所述燃烧室的窗口处，用于实时观察火箭发动机燃烧过程，并采用硅胶密封圈密封；
所述燃烧室的底面和所述燃烧室顶盖下表面中间位置均开有装药凹槽，两个所述装药凹槽内均设置有第二绝热层，在所述第二绝热层上固定固体燃料；
所述点火装置包括点火座、点火压螺、聚四氟乙烯锥、点火丝和点火药包；所述燃烧室顶盖上表面靠近所述进气腔一端开有第一通孔，所述第一通孔正上方同轴固定有点火座，点火压螺通过螺纹与所述点火座连接，两者之间采用聚四氟乙烯锥密封，点火药包通过点火丝悬置于所述第一通孔内；所述燃烧室顶盖上表面靠近所述喷管压螺一端开有第二通孔，所述第二通孔正上方同轴固定有测压座；
所述燃烧室的装药凹槽槽底面沿燃烧室的轴向开有N个通孔，N≥3；N个带有螺纹孔的热电偶座分别固定于所述燃烧室底部N个通孔的正下方，N个热电偶压螺分别通过螺纹与N个热电偶座连接，用于测试固体燃料燃烧过程的温度变化。
2.根据权利要求1所述固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，其特征在于：所述进气腔的外周面与所述燃烧室的第一阶梯通孔通过螺纹配合安装。
3.根据权利要求1或2所述固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，其特征在于：所述进气道安装于所述进气腔朝向所述燃烧室外一端，所述进气腔另一端为出气口，所述出气口处同轴设置有中心射流喷注器；所述中心射流喷注器为圆盘状，同轴安装于所述燃烧室的第一阶梯通孔内，并通过阶梯面限制其轴向位移，其圆盘端面上周向均布若干通孔作为进气喷嘴。
4.根据权利要求1或2所述固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，其特征在于：所述进气腔内同轴依次安装有四角切圆离心式喷注器和第一绝热层；所述四角切圆离心式喷注器为圆锥体结构，其底部端面上同轴开有环形凹槽，在所述环形凹槽的外槽壁上沿周向均布四个切向通孔作为进气喷嘴；所述第一绝热层同轴贴合安装于所述进气腔内，其一端与所述四角切圆离心式喷注器的底端面贴合，另一端与所述燃烧室的第一阶梯通孔的阶梯面贴合，用于将所述四角切圆离心式喷注器压紧安装于所述进气道出口处。
5.根据权利要求4所述固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，其特征在于：将所述石英玻璃位于所述燃烧室内的一侧壁面加工为π/2凹圆弧，将上、下所述固体燃料的相对面均加工为π/2凹圆弧，使得所述石英玻璃与上、下固体燃料之间形成的空腔截面为圆形。
6.根据权利要求1所述固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，其特征在于：所述燃烧室的第二阶梯通孔的中段为等径通孔，与所述燃烧室内连通的一段是锥形孔，所述锥形孔从所述等径通孔向燃烧室内壁扩张；所述等径通孔与燃烧室外连通的一段为螺纹通，用于与所述喷管压螺的螺纹配合安装；所述喷管压螺与所述第二阶梯通孔连接的一端内开有盲孔，将所述喷管同轴安装于所述盲孔。
7.根据权利要求6所述固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，其特征在于：所述喷管中心轴处开有通孔，位于中段的等径通孔是喉段，两端分别是收缩孔和扩张孔，所述收缩孔的大直径一端与所述燃烧室的第二阶梯通孔的中段连通，且直径相同；所述扩张孔从所述喉段向所述喷管压螺头部扩张。
8.根据权利要求1所述固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，其特征在于：所述石英玻璃与燃烧室之间安装有石墨垫片。
9.根据权利要求1所述固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，其特征在于：所述燃烧室顶盖的装药凹槽的一端为封闭端，另一端为开口端，其竖向截面为T型；将所述固体燃料粘结在所述第二绝热层上后，整体从所述装药凹槽的开口端插入，安装于所述燃烧室顶盖的装药凹槽内，并采用绝热层挡板将所述装药凹槽的开口端封装。
10.根据权利要求1所述固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，其特征在于：所述第二绝热层为石墨绝热层。
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