CN113417760A - 一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器及实验方法 - Google Patents
一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器及实验方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113417760A CN113417760A CN202110675995.1A CN202110675995A CN113417760A CN 113417760 A CN113417760 A CN 113417760A CN 202110675995 A CN202110675995 A CN 202110675995A CN 113417760 A CN113417760 A CN 113417760A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- oxygen
- propellant
- enriched
- combustion
- combustor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 165
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 165
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 165
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 131
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 239000003380 propellant Substances 0.000 claims abstract description 147
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 52
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 47
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 47
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 47
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 claims abstract description 42
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 claims abstract description 26
- 239000003962 counterfeit drug Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000011160 research Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 claims description 59
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 49
- 239000003814 drug Substances 0.000 claims description 46
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 claims description 13
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 7
- 229940079593 drug Drugs 0.000 description 6
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 6
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02K—JET-PROPULSION PLANTS
- F02K9/00—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof
- F02K9/96—Rocket-engine plants, i.e. plants carrying both fuel and oxidant therefor; Control thereof characterised by specially adapted arrangements for testing or measuring
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analyzing Non-Biological Materials By The Use Of Chemical Means (AREA)
Abstract
本发明提出一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器及实验方法。实验器包括富氧燃气发生器和燃烧器；根据不同实验要求，在富氧燃气发生器内放置富氧推进剂药柱或假药石墨棒；燃烧器中空内腔下部开有矩形凹槽，根据不同实验要求，用于放置富燃推进剂药条或富氧推进剂药条；燃烧器前后侧壁开有内小外大的T型截面透明窗，透明窗内密封安装耐热耐压透明介质，外部用透明窗盖板固定；燃烧器一端还安装有喷管。本发明既能满足富氧推进剂自持燃烧精细化诊断研究需求、富燃推进剂自持燃烧精细化诊断研究需求，同时该装置还可以应用于氧燃分装固体推进剂中富氧推进剂与富燃推进剂间的耦合燃烧实验研究。
Description
技术领域
本发明涉及固体火箭发动机及推进剂燃烧诊断领域，具体是一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器及实验方法。
背景技术
固体火箭发动机具有结构简单、密度比冲较高、工作可靠性高且易于长期贮存等优点，然而对于传统的固体发动机，当推进剂配方和药柱构型一定时，传统固体火箭发动机的推力输出模式也随之固定。常用的单室双推力或双脉冲发动机只能输出连续或间断的两级固定推力，无法实现推力值及调节时间的同步主动调控，限制了导弹的自主机动能力。此外，氧化剂与燃料已均匀混合并制备成具有一定药型的推进剂药柱，此时满足适当氧燃比的推进剂存在易燃等危险。
将固体氧化剂与固体燃料分别制备成富氧推进剂和富燃推进剂并分别装在富氧燃烧室和富燃燃烧室内，从而设计为氧燃分装组合固体发动机。该组合发动机技术综合了固体冲压发动机和固液混合火箭发动机的优点，不但提高了发动机推力调节能力，推进剂过程几乎不受飞行高度和飞行速度限制，同时还使得发动机安全可靠性显著提高。然而，目前富氧推进剂、富燃推进剂的自持燃烧、富氧燃气与富燃推进剂间的耦合燃烧机理严重缺乏，导致氧燃分装组合发动机存在燃烧效率不高、燃速及推力调节效果不佳等问题而无法得到实际应用。因此设计一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器是开展富氧推进剂、富燃推进剂的自持燃烧、富氧推进剂与富燃推进剂间的耦合燃烧机理研究的必要条件。
发明专利《固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器》，专利号：CN201910609601.5公开了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。这种燃烧器仅适用于固体燃料与常温氧化剂气流间的扩散燃烧精细化诊断，由于该发明专利公开的这种燃烧器一端为氧化剂流管路所连接的通孔，因而无法满足氧燃分装固体推进剂中富氧推进剂自持燃烧精细化诊断实验使用，此外该发明专利公开的这种燃烧器为外部管路供给常温氧化剂流，而无法满足富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验使用。
发明内容
针对现有公开技术中的燃烧器仅适应于固体燃料与外加氧化剂流间的耦合燃烧精细化诊断实验需求，而无法满足氧燃分装固体推进剂中富氧推进剂自持燃、富氧推进剂与富燃推进剂耦合燃烧精细化诊断实验研究需求的问题，本发明提出一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器，既能满足富氧推进剂自持燃烧精细化诊断研究需求、富燃推进剂自持燃烧精细化诊断研究需求，同时该装置还可以应用于氧燃分装固体推进剂中富氧推进剂与富燃推进剂间的耦合燃烧实验研究。
本发明的技术方案为：
所述一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器，包括富氧燃气发生器和燃烧器；
所述富氧燃气发生器为一端封闭的空腔结构，在开口端设有连接法兰，在侧壁上安装有联通空腔的点火座；
根据不同实验要求，在所述富氧燃气发生器内放置富氧推进剂药柱或假药石墨棒，并通过挡药环限制富氧推进剂药柱或假药石墨棒的运动，且挡药环不影响点火座工作
所述燃烧器为两端开口的中空结构，一端具有与所述富氧燃气发生器连接的法兰，另一端用于安装喷管；所述燃烧器中空内腔下部开有矩形凹槽，根据不同实验要求，用于放置富燃推进剂药条或富氧推进剂药条；
所述燃烧器前后侧壁开有内小外大的T型截面透明窗，透明窗内密封安装有截面为T字型的耐热耐压透明介质，且耐热耐压透明介质的小平面与放置在燃烧器中空内腔下部矩形凹槽内的富燃推进剂药条或富氧推进剂药条的侧壁接触；
所述耐热耐压透明介质外侧还固定有透明窗盖板，限制耐热耐压透明介质移动；且在透明窗盖板与耐热耐压透明介质间放置硅橡胶平垫密封圈防止透明窗盖板将耐热耐压透明介质压碎裂，透明窗盖板与燃烧器固定连接；
富氧燃气发生器的法兰端与的燃烧器的法兰端密封连接；
燃烧器另一端中心开有带内螺纹的台阶孔，台阶面上布置环形石墨垫片，喷管放置在石墨垫片上，通过石墨垫片实现喷管与燃烧器间的密封，并通过喷管座将喷管固定，喷管座与燃烧器通过螺纹连接。
进一步的，所述挡药环侧壁开有通孔，通过富氧燃气发生器、富氧推进剂药柱或假药石墨棒、以及挡药环的尺寸设计，使得挡药环安装后，挡药环侧壁上的通孔与点火座的通孔对齐，使得点火线能够依次穿过挡药环侧壁上的通孔和点火座的通孔。
进一步的，所述耐热耐压透明介质为石英玻璃。
进一步的，所述耐热耐压透明介质与透明窗的密封连接关系为：将轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈放置在燃烧器侧壁透明窗的台阶面上，将T字型的耐热耐压透明介质放置在透明窗中，耐热耐压透明介质的台阶面与燃烧器侧壁透明窗的台阶面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触，且耐热耐压透明介质的小平面与放置在燃烧器中空内腔下部矩形凹槽内的富燃推进剂药条或富氧推进剂药条的侧壁接触。
进一步的，在透明窗盖板与耐热耐压透明介质间放置硅橡胶平垫密封圈的过程为：将轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈放置在耐热耐压透明介质的大平面上，将透明窗盖板分别装在燃烧器的侧壁上，透明窗盖板侧壁上的台阶面与耐热耐压透明介质大平面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触，并通过螺钉将透明窗盖板固定在燃烧器的侧壁上。
进一步的，进行富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验时，将富氧推进剂药柱装入富氧燃气发生器空腔内，将富燃推进剂药条放置在燃烧器的矩形凹槽内，富氧推进剂燃烧产生的高温燃气流经富燃推进剂药条表面，并与富燃推进剂燃气再次掺混燃烧，燃烧后的最终燃气流经喷管，通过喷管喉径能够限制燃气流量，从而控制燃烧室压强，换装不同喉径喷管可调整燃烧室压强，进而能够开展富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验研究。
进一步的，进行富氧推进剂恒压条件下自持燃烧精细化诊断实验时，将假药石墨棒装入富氧燃气发生器空腔内，将富氧推进剂药条放置在燃烧器的矩形凹槽内；将引火线引至富氧推进剂点火，通过喷管喉径限制燃气流量，使得燃烧室压强保持恒定，进而开展富氧推进剂在恒压条件下自持燃烧精细化诊断研究；通过更换喷管喉径，能够实现富氧推进剂在不同压强条件下恒压自持燃烧精细化诊断。
进一步的，进行富氧推进剂升压条件下自持燃烧精细化诊断实验时，将假药石墨棒装入富氧燃气发生器空腔内，将富氧推进剂药条放置在燃烧器的矩形凹槽内；将引火线引至富氧推进剂点火，并采用无喉道喷管，使得燃烧室密闭而不向外界排气，富氧推进剂燃烧产生的高温燃气使得燃烧室压强逐渐升高，从而开展富氧推进剂在升压条件下自持燃烧精细化诊断研究。
有益效果
本发明有以下几个有益效果：
(1)通过在富氧燃气发生器中装填待测富氧推进剂，将待测富燃推进剂放置在带有透明窗的燃烧器空腔的矩形凹槽内，能用于富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验研究。
(2)通过石英玻璃紧贴待测富燃推进剂药条侧壁，能够阻止富氧燃气流经富燃推进剂两侧壁，从而能实现富燃推进剂准二维燃面退移。
(3)通过在富氧燃烧器发生器中装填假药石墨棒，将待测富氧推进剂药条放置在带有透明窗的燃烧器空腔的矩形凹槽内，既能用于富氧推进剂在恒压条件下自持燃烧精细化诊断实验研究。相同原理也能用于富燃推进剂在恒压条件下自持燃烧精细化诊断实验研究。
(4)通过更换不同喉径的喷管，使得该固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器能够用于研究不同燃烧室压强下的富氧推进剂与富燃推进剂恒压耦合燃烧特性、富氧推进剂恒压自持燃烧特性和富燃推进剂恒压自持燃烧特性。
(5)通过更换无孔喷管，使得该固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器能够用于富氧推进剂在密闭燃烧器中的升压自持燃烧特性精细化诊断研究，也能用于富燃推进剂在恒压条件下自持燃烧精细化诊断实验研究。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器主视图；
图2是固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器主剖视图；
图3是固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器主剖视图；
图4是带点火座的富氧燃气发生器俯视图；
图5是带点火座的富氧燃气发生器主剖视图；
图6是带点火座的富氧燃气发生器右视图；
图7是挡药环主剖视图和左视图；
图8是假药石墨棒主视图和左视图；
图9是带有前后两侧透明窗的燃烧器主视图；
图10是带有前后两侧透明窗的燃烧器左视图；
图11是带有前后两侧透明窗的燃烧器俯视图；
图12是带有前后两侧透明窗的燃烧器主剖视图；
图13是带有前后两侧透明窗的燃烧器俯剖视图；
图14是透明窗盖板主视图和左剖视图；
图15是石英玻璃主视图和左剖视图；
图16是石英玻璃俯视图；
图17是喷管主剖视图和左视图；
图18是喷管座俯视图；
图19是喷管座主剖视图和左视图；
图20是硅橡胶平垫密封圈主视图和左剖视图。
图中：
1富氧燃气发生器，2点火座，3螺栓，4燃烧器，5透明窗盖板，6测压座，7喷管座，8螺钉，9假药石墨棒，10挡药环，11硅橡胶O型圈，12富氧推进剂药条，13石墨垫片，14喷管，15富氧推进剂药柱，16富燃推进剂药条，17石英玻璃，18硅橡胶平垫密封圈。
具体实施方式
本发明用于富氧推进剂自持燃烧精细化诊断实验、富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验，固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器的详细结构由附图给出。
本发明所涉及的一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器主要由带点火座的富氧燃气发生器1、带有前后两侧透明窗的燃烧器4、挡药环10、石英玻璃17、透明窗盖板5、硅橡胶平垫密封圈18、硅橡胶O型圈11、石墨垫片13、假药石墨棒9、螺钉8、螺栓3、喷管14和喷管座7组成。
当开展富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验时：
将待测的富氧推进剂药柱15装入带点火座的富氧燃气发生器1的空腔中，将挡药环10装入带点火座的富氧燃气发生器1的空腔中内限制富氧推进剂的运动，且使得挡药环10侧壁上的通孔与点火座2的通孔对齐，使得点火线能够依次穿过挡药环侧壁上的通孔和点火座的通孔。
带点火座的富氧燃气发生器的法兰端与带有前后两侧透明窗的燃烧器的法兰端连接并通过8个螺栓紧固，法兰间通过硅橡胶O型圈密封。具体的：将硅橡胶O型圈11放置在燃烧器4法兰的环形凹槽内，将装有富氧推进剂药柱15和挡药环10的带点火座的富氧燃气发生器1的法兰与装有硅橡胶O型圈11的带有前后两侧透明窗的燃烧器4的法兰端相连接并通过8个螺栓3将富氧燃气发生器1与燃烧器4固定，法兰间通过硅橡胶O型圈11密封。
带有前后两侧透明窗的燃烧器4的空腔内有一矩形凹槽，将富燃推进剂药条16放置在燃烧器4空腔的矩形凹槽内。
两片石英玻璃放置在带有前后两侧透明窗的燃烧器4的窗口处并在石英玻璃与燃烧器间装有硅橡胶平垫密封圈，通过该硅橡胶平垫密封圈实现石英玻璃与燃烧器间的密封。具体的：将两片轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈18分别放置在燃烧器4侧壁的透明窗的台阶面上，将两块截面为T字型的石英玻璃17放置在燃烧器4侧壁的透明窗处，且石英玻璃17的小平面与富燃推进剂药条16的侧壁接触，石英玻璃17的台阶面与燃烧器4侧壁窗口的台阶面分别与硅橡胶平垫密封圈18的两侧面接触。
将两块透明窗盖板分别盖在两侧的石英玻璃上，从而限制石英玻璃移动，在透明窗盖板与石英玻璃间放置硅橡胶平垫密封圈防止透明窗盖板将石英玻璃压碎裂，透明窗盖板与燃烧器通过螺钉连接。具体的：将两片轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈18分别放置在两块石英玻璃17的大平面上，将两块透明窗盖板5分别装在燃烧器4的两侧壁上，透明窗盖板5侧壁上的台阶面与石英玻璃17大平面分别与硅橡胶平垫密封圈18的两侧面接触并通过28颗螺钉8将两块盖板分别固定在燃烧器4的侧壁上。燃烧器4的侧壁上还安装了测压座6，用于采集燃烧器内部压力。
喷管放置在燃烧器的另一端，喷管与燃烧器间放置石墨垫片实现密封，喷管座通过螺纹与燃烧器连接从而固定喷管。具体的：将环形石墨垫片13放置在燃烧器4另一端的内螺纹根部的台阶面处，将喷管14放置在石墨垫片13上，通过石墨垫片实现喷管与燃烧器间的密封，并通过喷管座7将喷管14固定，喷管座7与燃烧器4通过螺纹连接。
实验过程中，能够透过石英玻璃对富氧推进剂与富燃推进剂耦合燃烧过程进行精细化化燃烧诊断。
当开展富氧推进剂自持燃烧精细化诊断时：
将假药石墨棒9装入带点火座的富氧燃气发生器1的空腔中，将挡药环10装入带点火座的富氧燃气发生器1的空腔中限制假药石墨棒的运动，且使得挡药环10侧壁上的通孔与点火座2的通孔对齐，使得点火线能够依次穿过挡药环侧壁上的通孔和点火座的通孔。
带点火座的富氧燃气发生器的法兰端与带有前后两侧透明窗的燃烧器的法兰端连接并通过8个螺栓紧固，法兰间通过硅橡胶O型圈密封。具体的，将硅橡胶O型圈11放置在燃烧器4法兰的环形凹槽内，将装有假药石墨棒9和挡药环10的富氧燃气发生器1的法兰与装有硅橡胶O型圈11的燃烧器4相连接并通过8个螺栓3将富氧燃气发生器1与燃烧器4固定。
带有前后两侧透明窗的燃烧器的腔室内有一矩形凹槽，将富氧推进剂药条12放置在燃烧器4空腔的矩形凹槽内。
两片石英玻璃放置在带有前后两侧透明窗的燃烧器的窗口处并在石英玻璃与燃烧器间装有硅橡胶平垫密封圈，通过该硅橡胶平垫密封圈实现石英玻璃与燃烧器间密封。具体的：将两片轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈18分别放置在燃烧器4侧壁的窗口的台阶面上，将两块截面为T字型的石英玻璃17放置在燃烧器4侧壁的窗口处，且石英玻璃17的小平面与富氧推进剂药条12的侧壁接触，石英玻璃17的台阶面与燃烧器4侧壁窗口的台阶面分别与硅橡胶平垫密封圈18的两侧面接触。
将两块透明窗盖板分别盖在两侧的石英玻璃上，从而限制石英玻璃移动，在透明窗盖板与石英玻璃间放置硅橡胶平垫密封圈防止透明窗盖板将石英玻璃压碎裂，透明窗盖板与燃烧器通过螺钉连接。具体的：将两片轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈18分别放置在两块石英玻璃17的大平面上，将两块透明窗盖板5分别装在燃烧器4的两侧壁上，透明窗盖板5侧壁上的台阶面与石英玻璃17大平面分别与硅橡胶平垫密封圈18的两侧面接触并通过28颗螺钉8将两块盖板分别固定在燃烧器4的侧壁上。
喷管放置在燃烧器法兰的另一端，喷管与燃烧器间放置石墨垫片实现密封，喷管座通过螺纹与燃烧器连接从而固定喷管。具体的：将环形石墨垫片13放置在燃烧器4另一端的内螺纹根部的台阶面处，将喷管14放置在石墨垫片13上，通过石墨垫片实现喷管与燃烧器间的密封，并通过喷管座7将喷管14固定，喷管座7与燃烧器4通过螺纹连接。实验过程中，能够透过石英玻璃对富氧推进剂自持燃烧过程进行精细化燃烧诊断。
当开展富燃推进剂自持燃烧精细化诊断时，将开展富氧推进剂自持燃烧精细化诊断时的富氧推进剂药条12换成富燃推进剂药条16即可。
下面结合三个实施例进一步描述本发明：
实施例一：
该实施例为开展富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验用燃烧器。
将长×直径为60mm×80mm的富氧推进剂药柱装入空腔直径为80mm的富氧燃气发生器内，将长×外径×内径为50mm×80mm×60mm挡药环装入富氧燃气发生器的空腔中且使得挡药环侧壁上的直径为3mm通孔与点火座3mm通孔对齐。
将外径×截面直径为124mm×5mm的硅橡胶O型圈放置在燃烧器法兰的环形凹槽内，环形凹槽的外径为126mm，内径为112mm，将装有富氧推进剂药柱和挡药环的富氧燃气发生器与装有硅橡胶O型圈的燃烧器相连接，法兰上均布有8个螺栓孔，通过8个M10螺栓将富氧燃气发生器与燃烧器固定。
将长×宽×高为60mm×30mm×20mm的长方体富燃推进剂药条放置在燃烧器空腔的长×宽×高为60mm×30mm×10mm的矩形凹槽内。
将两片厚度为4mm轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈分别放置在燃烧器侧壁的窗口的台阶面上，硅橡胶平垫密封圈的矩形尺寸与燃烧器侧壁的窗口的台阶面的矩形尺寸相同；将两块截面为T字型的石英玻璃放置在燃烧器侧壁的窗口处，且石英玻璃的小平面与富氧推进剂药条的侧壁接触，石英玻璃的台阶面与燃烧器侧壁窗口的台阶面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触。
将两片轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈分别放置在两块石英玻璃的大平面上，将两块透明窗盖板分别装在燃烧器的两侧壁上，透明窗盖板侧壁上的台阶面与石英玻璃大平面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触并通过28颗M6×1.5螺钉将两块盖板分别固定在燃烧器的侧壁上。
将厚度×外径×内径为2mm×33mm×10mm的环形石墨垫片放置在燃烧器另一端的内螺纹根部的台阶面处，将喉径为6mm的喷管放置在石墨垫片另一侧，通过石墨垫片实现喷管与燃烧器间的密封，并通过喷管座将喷管固定，喷管座与燃烧器通过螺纹连接。
富氧推进剂燃烧产生的高温燃气流经富燃推进剂药条表面，并与富燃推进剂燃气再次掺混燃烧，燃烧后的最终燃气流经喷管，通过喷管喉径能够限制燃气流量，从而控制燃烧室压强，换装不同喉径喷管即可调整燃烧室压强，进而能够开展富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验研究。
实施例二：
本实施例为开展富氧推进剂恒压条件下自持燃烧精细化诊断实验用燃烧器。
将长×直径为60mm×80mm的假药石墨棒装入空腔直径为80mm的富氧燃气发生器内，将长×外径×内径为50mm×80mm×60mm挡药环装入富氧燃气发生器的空腔中且使得挡药环侧壁上的直径为3mm通孔与点火座3mm通孔对齐。
将外径×截面直径为124mm×5mm的硅橡胶O型圈放置在燃烧器法兰的环形凹槽内，环形凹槽的外径为126mm，内径为112mm，将装有假药石墨棒和挡药环的富氧燃气发生器与装有硅橡胶O型圈的燃烧器相连接，法兰上均布有8个螺栓孔，通过8个M10螺栓将富氧燃气发生器与燃烧器固定。
将长×宽×高为60mm×30mm×20mm的长方体富氧推进剂药条放置在燃烧器空腔的长×宽×高为60mm×30mm×10mm的矩形凹槽内。
将两片厚度为4mm轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈分别放置在燃烧器侧壁的窗口的台阶面上，硅橡胶平垫密封圈的矩形尺寸与台阶面的矩形尺寸相同；将两块截面为T字型的石英玻璃放置在燃烧器侧壁的窗口处，且石英玻璃的小平面与富氧推进剂药条的侧壁接触，石英玻璃的台阶面与燃烧器侧壁窗口的台阶面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触。
将两片轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈分别放置在两块石英玻璃的大平面上，将两块透明窗盖板分别装在燃烧器的两侧壁上，透明窗盖板侧壁上的台阶面与石英玻璃大平面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触并通过28颗M6×1.5螺钉将两块盖板分别固定在燃烧器的侧壁上。
将厚度×外径×内径为2mm×33mm×10mm的环形石墨垫片放置在燃烧器另一端的内螺纹根部的台阶面处，将喉径为4mm的喷管放置在石墨垫片另一侧，通过石墨垫片实现喷管与燃烧器间的密封，并通过喷管座将喷管固定，喷管座与燃烧器通过螺纹连接。将引火线引至富氧推进剂点火，通过喷管喉径限制燃气流量，使得燃烧室压强保持恒定，进而开展富氧推进剂在恒压条件下自持燃烧精细化诊断研究，因此通过装填假药石墨棒，在燃烧器内的矩形凹槽内放置富氧推进剂药条，并通过更换喷管喉径，使得该发明装置能够应用于富氧推进剂在不同压强条件下恒压自持燃烧精细化诊断，从而提高该发明装置的应用广泛性，同时通过喷管限制燃气流量，能够保证测试过程中燃烧室压强稳定。
实施例三：
本实施例为开展富氧推进剂升压条件下自持燃烧精细化诊断实验用燃烧器。
将长×直径为60mm×80mm的假药石墨棒装入空腔直径为80mm的富氧燃气发生器内，将长×外径×内径为50mm×80mm×60mm挡药环装入富氧燃气发生器的空腔中且使得挡药环侧壁上的直径为3mm通孔与点火座3mm通孔对齐。
将外径×截面直径为124mm×5mm的硅橡胶O型圈放置在燃烧器法兰的环形凹槽内，环形凹槽的外径为126mm，内径为112mm，将装有假药石墨棒和挡药环的富氧燃气发生器与装有硅橡胶O型圈的燃烧器相连接，法兰上均布有8个螺栓孔，通过8个M10螺栓将富氧燃气发生器与燃烧器固定。
将长×宽×高为60mm×30mm×20mm的长方体富氧推进剂药条放置在燃烧器空腔的长×宽×高为60mm×30mm×10mm的矩形凹槽内。
将两片厚度为4mm轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈分别放置在燃烧器侧壁的窗口的台阶面上，硅橡胶平垫密封圈的矩形尺寸与台阶面的矩形尺寸相同；将两块截面为T字型的石英玻璃放置在燃烧器侧壁的窗口处，且石英玻璃的小平面与富氧推进剂药条的侧壁接触，石英玻璃的台阶面与燃烧器侧壁窗口的台阶面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触。
将两片轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈分别放置在两块石英玻璃的大平面上，将两块透明窗盖板分别装在燃烧器的两侧壁上，透明窗盖板侧壁上的台阶面与石英玻璃大平面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触并通过28颗M6×1.5螺钉将两块盖板分别固定在燃烧器的侧壁上。
将厚度×外径×内径为2mm×33mm×10mm的环形石墨垫片放置在燃烧器另一端的内螺纹根部的台阶面处，将喉径为0mm的喷管，即无喉道喷管放置在石墨垫片另一侧，通过石墨垫片实现喷管与燃烧器间的密封，并通过喷管座将喷管固定，喷管座与燃烧器通过螺纹连接。将引火线引至富氧推进剂点火，由于喷管无喉道使得燃烧室密闭而不向外界排气，富氧推进剂燃烧产生的高温燃气使得燃烧室压强逐渐升高，从而开展富氧推进剂在升压条件下自持燃烧精细化诊断研究。实验过程中，通过控制富氧推进剂药条装药量，确保实验安全，并在燃烧器上设置泄压阀，实现实验后的泄压工作。
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 (8)
1.一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器，其特征在于：包括富氧燃气发生器和燃烧器；
所述富氧燃气发生器为一端封闭的空腔结构，在开口端设有连接法兰，在侧壁上安装有联通空腔的点火座；
根据不同实验要求，在所述富氧燃气发生器内放置富氧推进剂药柱或假药石墨棒，并通过挡药环限制富氧推进剂药柱或假药石墨棒的运动，且挡药环不影响点火座工作
所述燃烧器为两端开口的中空结构，一端具有与所述富氧燃气发生器连接的法兰，另一端用于安装喷管；所述燃烧器中空内腔下部开有矩形凹槽，根据不同实验要求，用于放置富燃推进剂药条或富氧推进剂药条；
所述燃烧器前后侧壁开有内小外大的T型截面透明窗，透明窗内密封安装有截面为T字型的耐热耐压透明介质，且耐热耐压透明介质的小平面与放置在燃烧器中空内腔下部矩形凹槽内的富燃推进剂药条或富氧推进剂药条的侧壁接触；
所述耐热耐压透明介质外侧还固定有透明窗盖板，限制耐热耐压透明介质移动；且在透明窗盖板与耐热耐压透明介质间放置硅橡胶平垫密封圈防止透明窗盖板将耐热耐压透明介质压碎裂，透明窗盖板与燃烧器固定连接；
富氧燃气发生器的法兰端与的燃烧器的法兰端密封连接；
燃烧器另一端中心开有带内螺纹的台阶孔，台阶面上布置环形石墨垫片，喷管放置在石墨垫片上，通过石墨垫片实现喷管与燃烧器间的密封，并通过喷管座将喷管固定，喷管座与燃烧器通过螺纹连接。
2.根据权利要求1所述一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器，其特征在于：所述挡药环侧壁开有通孔，通过富氧燃气发生器、富氧推进剂药柱或假药石墨棒、以及挡药环的尺寸设计，使得挡药环安装后，挡药环侧壁上的通孔与点火座的通孔对齐，使得点火线能够依次穿过挡药环侧壁上的通孔和点火座的通孔。
3.根据权利要求1所述一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器，其特征在于：所述耐热耐压透明介质为石英玻璃。
4.根据权利要求1所述一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器，其特征在于：所述耐热耐压透明介质与透明窗的密封连接关系为：将轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈放置在燃烧器侧壁透明窗的台阶面上，将T字型的耐热耐压透明介质放置在透明窗中，耐热耐压透明介质的台阶面与燃烧器侧壁透明窗的台阶面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触，且耐热耐压透明介质的小平面与放置在燃烧器中空内腔下部矩形凹槽内的富燃推进剂药条或富氧推进剂药条的侧壁接触。
5.根据权利要求1所述一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器，其特征在于：在透明窗盖板与耐热耐压透明介质间放置硅橡胶平垫密封圈的过程为：将轮廓为矩形的硅橡胶平垫密封圈放置在耐热耐压透明介质的大平面上，将透明窗盖板分别装在燃烧器的侧壁上，透明窗盖板侧壁上的台阶面与耐热耐压透明介质大平面分别与硅橡胶平垫密封圈的两侧面接触，并通过螺钉将透明窗盖板固定在燃烧器的侧壁上。
6.利用权利要求1～5任一所述固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器进行实验的方法，其特征在于：进行富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验时，将富氧推进剂药柱装入富氧燃气发生器空腔内，将富燃推进剂药条放置在燃烧器的矩形凹槽内，富氧推进剂燃烧产生的高温燃气流经富燃推进剂药条表面，并与富燃推进剂燃气再次掺混燃烧，燃烧后的最终燃气流经喷管，通过喷管喉径能够限制燃气流量，从而控制燃烧室压强，换装不同喉径喷管可调整燃烧室压强，进而能够开展富氧推进剂与富燃推进剂分装耦合燃烧精细化诊断实验研究。
7.利用权利要求1～5任一所述固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器进行实验的方法，其特征在于：进行富氧推进剂恒压条件下自持燃烧精细化诊断实验时，将假药石墨棒装入富氧燃气发生器空腔内，将富氧推进剂药条放置在燃烧器的矩形凹槽内；将引火线引至富氧推进剂点火，通过喷管喉径限制燃气流量，使得燃烧室压强保持恒定，进而开展富氧推进剂在恒压条件下自持燃烧精细化诊断研究；通过更换喷管喉径，能够实现富氧推进剂在不同压强条件下恒压自持燃烧精细化诊断。
8.利用权利要求1～5任一所述固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器进行实验的方法，其特征在于：进行富氧推进剂升压条件下自持燃烧精细化诊断实验时，将假药石墨棒装入富氧燃气发生器空腔内，将富氧推进剂药条放置在燃烧器的矩形凹槽内；将引火线引至富氧推进剂点火，并采用无喉道喷管，使得燃烧室密闭而不向外界排气，富氧推进剂燃烧产生的高温燃气使得燃烧室压强逐渐升高，从而开展富氧推进剂在升压条件下自持燃烧精细化诊断研究。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110675995.1A CN113417760B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器及实验方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110675995.1A CN113417760B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器及实验方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113417760A true CN113417760A (zh) | 2021-09-21 |
| CN113417760B CN113417760B (zh) | 2023-11-10 |
Family
ID=77788927
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110675995.1A Active CN113417760B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器及实验方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113417760B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114280219A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-05 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 多功能掺混燃烧实验装置 |
| CN114922746A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-08-19 | 西北工业大学 | 固体火箭发动机及其推力调节方法 |
| CN115112376A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-09-27 | 南昌航空大学 | 一种燃气喷射与推进剂耦合作用观测试验装置 |
| CN115372539A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种固体推进剂分级燃烧试验模拟装置和方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110167793A1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-07-14 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Hybrid rocket using catalytic decomposition of oxidizer |
| CN102854284A (zh) * | 2012-09-11 | 2013-01-02 | 西北工业大学 | 一种固体燃料退移速率测试装置 |
| CN202854103U (zh) * | 2012-09-11 | 2013-04-03 | 西北工业大学 | 一种固体燃料退移速率测试装置 |
| CN105863883A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-08-17 | 西北工业大学 | 具有氧化铝液滴收集功能的固体火箭发动机缩比实验装置 |
| CN110259603A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-09-20 | 西北工业大学 | 固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器 |
| KR20200133500A (ko) * | 2019-05-20 | 2020-11-30 | 주식회사 한화 | 추진제용 점화 조건 시험장치 |
| CN112303665A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-02 | 西北工业大学 | 混合燃烧可视化燃烧器 |
| CN112664355A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-16 | 北京理工大学 | 固体火箭发动机推进剂燃速测量方法和装置 |
-
2021
- 2021-06-18 CN CN202110675995.1A patent/CN113417760B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110167793A1 (en) * | 2010-01-11 | 2011-07-14 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | Hybrid rocket using catalytic decomposition of oxidizer |
| CN102854284A (zh) * | 2012-09-11 | 2013-01-02 | 西北工业大学 | 一种固体燃料退移速率测试装置 |
| CN202854103U (zh) * | 2012-09-11 | 2013-04-03 | 西北工业大学 | 一种固体燃料退移速率测试装置 |
| CN105863883A (zh) * | 2016-05-06 | 2016-08-17 | 西北工业大学 | 具有氧化铝液滴收集功能的固体火箭发动机缩比实验装置 |
| KR20200133500A (ko) * | 2019-05-20 | 2020-11-30 | 주식회사 한화 | 추진제용 점화 조건 시험장치 |
| CN110259603A (zh) * | 2019-07-08 | 2019-09-20 | 西北工业大学 | 固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器 |
| CN112303665A (zh) * | 2020-11-02 | 2021-02-02 | 西北工业大学 | 混合燃烧可视化燃烧器 |
| CN112664355A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-04-16 | 北京理工大学 | 固体火箭发动机推进剂燃速测量方法和装置 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114280219A (zh) * | 2021-12-29 | 2022-04-05 | 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 | 多功能掺混燃烧实验装置 |
| CN114922746A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-08-19 | 西北工业大学 | 固体火箭发动机及其推力调节方法 |
| CN114922746B (zh) * | 2022-06-21 | 2024-04-12 | 西北工业大学 | 固体火箭发动机及其推力调节方法 |
| CN115112376A (zh) * | 2022-07-05 | 2022-09-27 | 南昌航空大学 | 一种燃气喷射与推进剂耦合作用观测试验装置 |
| CN115372539A (zh) * | 2022-08-31 | 2022-11-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种固体推进剂分级燃烧试验模拟装置和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113417760B (zh) | 2023-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113417760A (zh) | 一种固体推进剂氧燃分装耦合燃烧透明窗实验器及实验方法 | |
| CN103835837B (zh) | 一种基于旋流掺混和气态燃料持续燃烧的热射流发生装置 | |
| CN104330519B (zh) | 一种粒子气流悬浮激光点火实验装置 | |
| US5513489A (en) | Rotary valve multiple combustor pulse detonation engine | |
| CN110259603B (zh) | 固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器 | |
| CN102032987A (zh) | 一种研究喷嘴喷注雾化特性的实验装置 | |
| CN111323343B (zh) | 一种粉末燃烧实验平台 | |
| CN113154391B (zh) | 一种气氧气甲烷火炬点火装置及其火炬生成方法 | |
| CN102519704A (zh) | 脉冲风洞热喷流实验气源供气平台 | |
| CN109404166B (zh) | 一种宽工况液氢液氧火炬式电点火装置 | |
| CN110219751B (zh) | 一种可回收液体火箭发动机的多次起动系统及起动方法 | |
| Ivanov et al. | Updated conceptual design of hydrogen/ethylene fueled detonation ramjet: Test fires at Mach 1.5, 2.0, and 2.5 | |
| CN114047286A (zh) | 一种模块化富氧富燃燃气特性测试装置 | |
| CN110318909B (zh) | 固液混合发动机地面试车多次启动与推力调节装置及方法 | |
| CN111256543A (zh) | 教学科普用小型固液探空火箭 | |
| CN210509427U (zh) | 一种可回收液体火箭发动机的多次起动系统 | |
| CN114251191B (zh) | 一种集流量调节和掺混于一体的燃气发生器 | |
| CN110410233A (zh) | 多组元封装式点火器 | |
| CN114320667B (zh) | 一种挤压式氧化剂供给固液混合发动机 | |
| CN207018106U (zh) | 一种固体火箭冲压发动机燃气流量调节装置 | |
| CN101984239A (zh) | 一种提高脉冲爆震发动机工作频率的方法及装置 | |
| CN112377331B (zh) | 一种火箭发动机多次点火起动装置及具有其的火箭发动机 | |
| CN107143432B (zh) | 一种爆震波前高压电等离子气接力耦合点火爆震发动机 | |
| Takegoshi et al. | Performances of a rocket chamber for the combined-cycle engine at various conditions | |
| CN217582323U (zh) | 一种面向液体火箭发动机多次启动的火炬点火器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |