CN115163335B - 试验用燃烧室药柱及模拟发动机燃烧室 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体火箭发动机技术领域，尤其涉及一种试验用燃烧室药柱及模拟发动机燃烧室，试验用燃烧室药柱包括支架和药片，支架包括筒体，筒体的外壁适配试验时燃烧室的空腔侧壁，药片设置于筒体的内部。避免了传统的装药芯模浇注药浆的工艺产生的问题，通过提前预制药片，之后将药片安装在支架上模拟初始燃烧面积，试验后可直接取出支架再次安装药片，有效缩短再次试验的准备周期，降低试验成本，为相关试验的迭代优化提供了支撑。

Description

试验用燃烧室药柱及模拟发动机燃烧室
技术领域
本发明涉及固体火箭发动机技术领域，尤其涉及一种试验用燃烧室药柱及模拟发动机燃烧室。
背景技术
多级固体火箭在飞行过程中均涉及到级间段的分离，特别是针对热分离方案，需要精确得到发动机上升段的内弹道性能，以利于对分离方案的精细化设计。
目前，针对固体发动机上升段的内弹道性能的获得是通过真实发动机的联合地面试验来实现的，鉴于运载火箭固体发动机直径较大，每次试验成本巨大，同时试验周期也难以保证。因此，为实现对火箭热分离方案的快速迭代优化，需要一种能够快速得到固体发动机上升段内弹道性能的方案，其中燃烧室的设计方法成为首要解决的问题。
针对燃烧室上升段的模拟，通常采用真实发动机试车后壳体作为容腔，浇注部分假药或水泥后，再利用装药芯模浇注推进剂，从而实现发动机的初始燃烧面积和初始自由容积确定。这种方案虽能最大程度模拟真实燃烧室结构特性，但所有流程与正式发动机装药基本一致，生产成本较大，周期较长，不利于多次试验的开展。
发明内容
本发明提供一种试验用燃烧室药柱及模拟发动机燃烧室，用以解决现有技术中模拟真实燃烧室上升段特性时，流程与正式发动机装药基本一致，生产成本较大，周期较长，不利于多次试验的开展的缺陷，实现有效缩短再次试验的准备周期，降低试验成本，为相关试验的迭代优化提供了支撑的效果。
本发明提供一种试验用燃烧室药柱，包括支架和药片，所述支架包括筒体，所述筒体的外壁适配试验时燃烧室的空腔侧壁，所述药片设置于所述筒体的内部。
根据本发明提供的一种试验用燃烧室药柱，所述支架还包括隔板，所述隔板设置于所述筒体内侧，所述药片设置于所述隔板和所述筒体的内壁中的至少一个上。
根据本发明提供的一种试验用燃烧室药柱，所述筒体的两端均设有通气孔。
根据本发明提供的一种试验用燃烧室药柱，所述筒体的每端均设有多个所述通气孔，多个所述通气孔沿所述筒体的周向均匀分布。
根据本发明提供的一种试验用燃烧室药柱，所述筒体包括沿轴向依次分布的多个筒段，多个所述筒段之间通过连接件连接。
根据本发明提供的一种试验用燃烧室药柱，所述隔板的端部设有适于安装点火装置的凹陷部。
根据本发明提供的一种试验用燃烧室药柱，所述药片粘接于所述筒体的内部。
根据本发明提供的一种试验用燃烧室药柱，所述筒体的内壁和所述隔板中的至少一个设置适于设置所述药片的凹槽。
本发明还提供一种模拟发动机燃烧室，包括燃烧室本体和如上所述的试验用燃烧室药柱，所述燃烧室本体内部设有贯通的空腔，所述燃烧室药柱插入所述空腔内。
根据本发明提供的一种模拟发动机燃烧室，所述燃烧室本体包括壳体和浇注部，所述壳体的两端均设有开口，所述浇注部位于所述壳体的内部，所述浇注部设有通孔，所述通孔与所述开口连通，以形成所述空腔。
本发明提供的试验用燃烧室药柱，应用于模拟固体火箭发动机上升段燃烧室的设计方法，尤其适用于大型发动机上升段内弹道性能模拟。支架的筒体内部根据实际试验需要安装药片，通过调节药片所占面积，进而获得不同装药初始燃烧面积，再将支架推入燃烧室的空腔内，筒体外壁与燃烧室的空腔侧壁配合接触。避免了传统的装药芯模浇注药浆的工艺产生的问题，通过提前预制药片，之后将药片安装在支架上模拟初始燃烧面积，试验后可直接取出支架再次安装药片，有效缩短再次试验的准备周期，降低试验成本，为相关试验的迭代优化提供了支撑。
采用本发明的试验用燃烧室药柱能够快速模拟固体发动机燃烧室上升段的设计方法，进而利于高效开展相关的单项试验，还可有效降低该类试验成本，为火箭总体热分离试验提供支撑。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的试验用燃烧室药柱的支架的结构示意图；
图2是本发明提供的试验用燃烧室药柱的药片的结构示意图；
图3是本发明提供的模拟发动机燃烧室的结构示意图；
附图标记：
100、支架；110、筒体；120、隔板；130、连接件；111、通气孔；112、筒段；113、安装孔；121、凹陷部；
200、药片；
300、燃烧室本体；310、壳体；320、浇注部；330、空腔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
此外，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的试验用燃烧室药柱，包括支架100和药片200，支架100包括筒体110，筒体110的外壁适配试验时燃烧室的空腔330侧壁，药片200设置于筒体110的内部。
本发明实施例的试验用燃烧室药柱，应用于模拟固体火箭发动机上升段燃烧室的设计方法，尤其适用于大型发动机上升段内弹道性能模拟。支架100的筒体110内部根据实际试验需要安装药片200，通过调节药片200所占面积，进而获得不同装药初始燃烧面积，再将支架100推入燃烧室的空腔330内，筒体110外壁与燃烧室的空腔330侧壁配合接触。避免了传统的装药芯模浇注药浆的工艺产生的问题，通过提前预制药片200，之后将药片200安装在支架100上模拟初始燃烧面积，试验后可直接取出支架100再次安装药片200，有效缩短再次试验的准备周期，降低试验成本，为相关试验的迭代优化提供了支撑。
采用本发明的试验用燃烧室药柱能够快速模拟固体发动机燃烧室上升段的设计方法，进而利于高效开展相关的单项试验，还可有效降低该类试验成本，为火箭总体热分离试验提供支撑。
本实施例中，药片200的厚度为5mm，长度为200mm，宽度为100mm。可以理解的是，实际使用药片200的规格根据实际试验需求及厂家生产标准进行调整和选定。
根据本发明提供的一个实施例，支架100还包括隔板120，隔板120设置于筒体110内侧，药片200设置于隔板120和筒体110的内壁中的至少一个上。本实施例中，支架100由筒体110和隔板120两部分组成，隔板120设置于筒体110的内侧，将筒体110的内部分隔为多个腔室，筒体110的内壁与隔板120上均可设置药片200，增设隔板120相当于增加了药片200的安装位置，以此实现药片200与支架100更多的接触表面积。
可以理解的是，药片200在支架100上的设置位置根据支架100组成决定和所需确定，在支架100仅包括筒体110的情况下，药片200可设置在筒体110的内外壁上，在支架100不仅包括筒体110还包括筒体110内设置的隔板120时，药片200可仅设置隔板120的两侧面上，也可筒体110的内壁与隔板120的两侧面均设置。
本实施例中，支架100为金属材料，即筒体110与隔板120均为均属材料支撑，筒体110与隔板120可一体成型，也可通过焊接连接。隔板120的数量和各隔板120之间的相对位置可根据实际需要设置，本实施例中隔板120为两块，两块隔板120均沿筒体110的轴向方向延伸设置，且两块隔板120呈十字交叉状连接。
根据本发明提供的一个实施例，筒体110的两端均设有通气孔111。本实施例中，筒体110的端部的外圆面上均设置通气孔111，使筒体110内侧与外侧的气体流通，以在点火期间筒体110的内侧与外侧的压力实现平衡，避免因压力不均造成的支架100损坏，保持支架100的结构完整性。
根据本发明提供的一个实施例，筒体110的每端均设有多个通气孔111，多个通气孔111沿筒体110的周向均匀分布。本实施例中，筒体110的每一端都设置多个通气孔111，各端部的所有通气孔111环绕筒体110的外圆周均匀分布，以达到筒体110的周向上压力分布均衡一致的效果，避免筒体110局部压力较大对筒体110产生不良影响，影响支架100结构的稳定性。
本实施例中，通气孔111为矩形通气孔111，各端部上均设置4个形状大小相同的通气孔111。可以理解的是，通气孔111的形状和数量可根据实际需要进行调整和改变。
根据本发明提供的一个实施例，筒体110包括沿轴向依次分布的多个筒段112，多个筒段112之间通过连接件130连接。本实施例中，筒体110为分段设置，相邻的筒段112之间通过连接件130连接，便于拆装组合，结构简单，拆装快捷。分段设置可根据实际燃烧室的空腔330的长度需要进行组装调节，以保证筒体110的长度可满足试验需求。
本实施例中，连接件130为螺钉，在各段筒段112连接的端部周向环绕设置多个安装孔113，通过螺钉将相邻两个筒段112的安装孔113对合锁紧连接，整个筒体110的各个筒段112中，位于筒体110两端的筒段112均为一端设置通气孔111，另一端设置安装孔113，筒体110的中部各组成筒段112均为两端设置安装孔113。
可以理解的是，相邻两个筒段112之间还可采用其它形式连接，如插接、卡接、螺纹连接等，适配不同的连接方式设置相应的连接件130即可。
根据本发明提供的一个实施例，隔板120的端部设有适于安装点火装置的凹陷部121。本实施例中，隔板120的一端设有凹陷部121，以避免与其前部安装的点火装置发生干涉。本实施例中，凹陷部121在隔板120上为自隔板120端部的边缘沿筒体110的轴向延伸的缺口。
根据本发明提供的一个实施例，药片200粘接于筒体110的内部。本实施例中，药片200采用粘贴的方式安装于筒体110的内部，即药片200可仅与筒体110的内壁粘接，也可仅与隔板120的侧面粘接，还可筒体110的内壁和隔板120均粘接。粘接方式安装快速，便于拆卸和药片200移位，结构简单，无需额外的连接结构。
根据本发明提供的一个实施例，筒体110的内壁和隔板120中的至少一个设置适于设置药片200的凹槽。本实施例中，筒体110的内壁与隔板120上还可设置适配药片200外形的凹槽，便于药片200的安装固定，药片200可嵌入凹槽，在凹槽嵌合固定，药片安装更加便捷，凹槽的设置还可增加药片200与支架100接触的表面积。
可以理解的是，凹槽可仅设置在筒体110的内壁上，也可仅设置在隔板120上，还可筒体110和隔板120均设置，未设置凹槽的位置可通过粘接形式与药片200连接。
本发明还提供一种模拟发动机燃烧室，包括燃烧室本体300和如上的试验用燃烧室药柱，燃烧室本体300内部设有贯通的空腔330，燃烧室药柱插入空腔330内。
本发明实施例的模拟发动机燃烧室，是一种模拟固体火箭发动机上升段的燃烧室，首先在外部将试验用燃烧室药柱组装完成，即将药片200按照预设面积设置在支架100上，再将支架100推入到燃烧室本体300的空腔330内。降低该类试验成本，为火箭总体热分离试验提供支撑。
根据本发明提供的一个实施例，燃烧室本体300包括壳体310和浇注部320，壳体310的两端均设有开口，浇注部320位于壳体310的内部，浇注部320设有通孔，通孔与开口连通，以形成空腔330。本实施例中，首先通过浇注方法在壳体310内浇注形成浇注部320，壳体310其轴向方向的两端分别设置开口，两个开口相对设置且与浇注部320内贯通的通孔连通，通孔与开口共同组成燃烧室本体300的空腔330，构成满足一定的燃烧室本体300的空腔330容积的结构，模拟发动机的初始自由容积，然后将带有药片200的支架100推入燃烧室本体300的空腔330中，通过调节药片200与支架100的接触面积，可实现不同装药初始燃烧面积，满足所需的初始燃烧面积。
本实施例中，壳体310为基于现有的固体发动机壳体组成，浇注部320为向壳体310内浇注水泥形成。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种试验用燃烧室药柱，其特征在于：包括支架和药片，所述支架包括筒体，所述筒体的外壁适配试验时燃烧室的空腔侧壁，所述药片设置于所述筒体的内部；所述筒体的两端均设有通气孔，使所述筒体内侧与外侧的气体流通，以在点火期间所述筒体的内侧与外侧的压力实现平衡，避免因压力不均造成的所述支架损坏，保持所述支架的结构完整性；所述支架还包括隔板，所述隔板设置于所述筒体内侧，将所述筒体的内部分隔为多个腔室，所述药片设置于所述隔板和所述筒体的内壁中的至少一个上；所述隔板的端部设有适于安装点火装置的凹陷部；所述筒体的内壁和所述隔板中的至少一个设置适于设置所述药片的凹槽。
2.根据权利要求1所述的试验用燃烧室药柱，其特征在于：所述筒体的每端均设有多个所述通气孔，多个所述通气孔沿所述筒体的周向均匀分布。
3.根据权利要求1所述的试验用燃烧室药柱，其特征在于：所述筒体包括沿轴向依次分布的多个筒段，多个所述筒段之间通过连接件连接。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的试验用燃烧室药柱，其特征在于：所述药片粘接于所述筒体的内部。
5.一种模拟发动机燃烧室，其特征在于：包括燃烧室本体和如权利要求1至4任意一项所述的试验用燃烧室药柱，所述燃烧室本体内部设有贯通的空腔，所述燃烧室药柱插入所述空腔内。
6.根据权利要求5所述的模拟发动机燃烧室，其特征在于：所述燃烧室本体包括壳体和浇注部，所述壳体的两端均设有开口，所述浇注部位于所述壳体的内部，所述浇注部设有通孔，所述通孔与所述开口连通，以形成所述空腔。
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