專利名稱：一種固體燃料退移速率測(cè)試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體燃料退移速率測(cè)試裝置，屬固液混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)與測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，用于固液混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料在不同氧化劑流量條件下退移速率測(cè)試。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，固液混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)因其安全可靠，無(wú)毒無(wú)污染，成本低和可以多次啟動(dòng) 以及推力可調(diào)等特點(diǎn)而備受研究人員的關(guān)注。固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中不含或僅含少量的氧化齊 ，固體燃料藥柱與流過(guò)其表面的液態(tài)或氣態(tài)氧化劑發(fā)生燃燒，發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱表面的退移速率很低，這會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒效率，繼而影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能，提高退移速率成為研制固液發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵。固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱能量利用效率與燃燒時(shí)組元的耗量比(即氧/燃比)有關(guān)，因此預(yù)估燃料的退移速率，確定氧/燃比就顯得極為重要。中國(guó)專利201110039791. 5中公開(kāi)了一種固體推進(jìn)劑多靶線準(zhǔn)動(dòng)態(tài)燃燒性能測(cè)試系統(tǒng)，包括燃燒室及配氣單元，測(cè)控單元和數(shù)據(jù)采集處理單元，燃燒室及配氣單元包括燃燒室、恒溫槽、高壓氮?dú)馄?、緩沖氮?dú)馄?、相關(guān)閥門管路、氮?dú)庠鰤罕煤陀靡怨潭ū粶y(cè)樣品的多靶線藥架，多靶線藥架一端在燃燒室內(nèi)有點(diǎn)火線接線柱、地線接線柱和6 10個(gè)靶線接線柱；數(shù)據(jù)采集處理單元用于測(cè)控單元各功能塊的調(diào)度與控制，以及測(cè)試數(shù)據(jù)的分析處理和數(shù)據(jù)管理。該測(cè)試系統(tǒng)可以得出固體推進(jìn)劑樣品在一定壓強(qiáng)范圍內(nèi)燃速，燃速壓強(qiáng)系數(shù)，燃速溫度敏感系數(shù)。固體推進(jìn)劑多靶線準(zhǔn)動(dòng)態(tài)燃燒性能測(cè)試系統(tǒng)能夠很好的接近固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒時(shí)的實(shí)際情況，得到動(dòng)態(tài)燃速。但是靶線法卻不能用來(lái)測(cè)試燃料的退移速率，因?yàn)槿剂现胁缓騼H含少量氧化劑，使用靶線法測(cè)試時(shí)燃料將置于高濃度氧氣的裝置內(nèi)，在這種情況下點(diǎn)燃燃料很可能會(huì)發(fā)生爆炸等不安全事故。固液發(fā)動(dòng)機(jī)中氧化劑是流動(dòng)的，而靶線法測(cè)燃速的氧化劑是靜態(tài)的，所以靶線法不能用來(lái)測(cè)量固液發(fā)動(dòng)機(jī)燃料的退移速率。美國(guó)專利5107129中介紹了一種光纖固體/混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱退移速率測(cè)試傳感器，固體燃料箱壁或者混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)插入捆綁不同長(zhǎng)度的光纖束，通過(guò)燃料藥柱壁擴(kuò)展到中心孔的邊沿。藥柱以正常方式燃燒，從中心延伸到外殼外圍。在光纖尾部可以看到點(diǎn)火火焰，纖維與火焰相鄰。光纖束用來(lái)判斷退移速率以及點(diǎn)火左邊藥柱量。一束不同長(zhǎng)度的纖維環(huán)向包圍藥柱，然后回到外殼表面，發(fā)光二極管定位在每一個(gè)纖維的尾部，同時(shí)光檢測(cè)元件在另一邊尾部。當(dāng)光纖和光源一起使用，同時(shí)一個(gè)光接收元件在尾部，在燃燒的任何階段，當(dāng)纖維尾部被藥柱點(diǎn)火摧毀時(shí)，來(lái)自光源的光會(huì)回到光感應(yīng)器用來(lái)確立退移速率和藥柱余量。光纖固體/混合火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱退移速率測(cè)試傳感器能夠準(zhǔn)確的測(cè)試燃料的退移速率，作為感應(yīng)和傳導(dǎo)設(shè)備需要采用特殊光纖，以及二極管，光檢測(cè)元件，這都使得成本大大提高，同時(shí)光纖，二極管，光檢測(cè)元件的使用也會(huì)加大系統(tǒng)操作的復(fù)雜性和難度，而且環(huán)境，溫度等因素對(duì)光的影響也難以避免，同時(shí)燃料燃燒時(shí)的高溫會(huì)使介質(zhì)受熱，光分解都會(huì)對(duì)測(cè)試的準(zhǔn)確性產(chǎn)生不良的影響。

發(fā)明內(nèi)容
為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，克服火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃料退移速率測(cè)量困難的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種固體燃料退移速率測(cè)試裝置，采用長(zhǎng)方凹槽結(jié)構(gòu)的燃燒室，推進(jìn)劑制成長(zhǎng)方體進(jìn)行測(cè)試；測(cè)試裝置工作時(shí)燃燒室壓強(qiáng)，氧化劑流量均可調(diào)，通過(guò)改變壓強(qiáng)、流量得到燃速與壓強(qiáng)，氧化劑流量之間的函數(shù)關(guān)系，可有效地降低測(cè)試的復(fù)雜性；裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于加工，操作安全可靠，能較好的測(cè)試固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)固體燃料退移速率。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是包括進(jìn)氣管、平衡腔、進(jìn)氣板、點(diǎn)火器、燃燒室、卡槽、測(cè)壓嘴、拉瓦爾噴管，所述燃燒室為長(zhǎng)方凹槽結(jié)構(gòu)，上部有長(zhǎng)方形上蓋,上蓋前、后端有螺孔，點(diǎn)火器位于上蓋前部與燃燒室內(nèi)相連通，測(cè)壓嘴固定安裝在上蓋中間部位與燃燒室相通；燃燒室前端部有螺孔，進(jìn)氣管固定在平衡腔前端與燃燒室前端部連接，進(jìn)氣板位于平衡腔與燃燒室
之間；拉瓦爾噴管通過(guò)噴管套固定在燃燒室后端部；卡槽位于燃燒室內(nèi)底面中間部位，藥柱放置在卡槽內(nèi)。所述卡槽為兩個(gè)長(zhǎng)方體分別垂直于燃燒室內(nèi)底面，兩端貼緊燃燒室內(nèi)兩側(cè)壁，卡槽內(nèi)間距與藥柱長(zhǎng)度相同，卡槽高度為藥柱高度的一半。所述進(jìn)氣板為圓盤(pán)狀，中心有漸擴(kuò)型進(jìn)氣孔，依中心進(jìn)氣孔外延均布有多個(gè)大小相同的漸擴(kuò)型進(jìn)氣孔。燃燒室內(nèi)壁貼有隔熱層。本發(fā)明固體燃料退移速率測(cè)試裝置的原理即氧化劑從儲(chǔ)罐經(jīng)進(jìn)氣管進(jìn)入平衡腔，再?gòu)钠胶馇唤?jīng)由進(jìn)氣板進(jìn)入燃燒室。燃燒室內(nèi)裝有藥柱，藥柱同燃燒室一樣制作成長(zhǎng)方形，藥柱為燃料不含或僅含少量氧化劑，藥柱側(cè)面和底面貼有包覆層，只有上部表面進(jìn)行燃燒。矩形發(fā)動(dòng)機(jī)中燃燒一定肉厚e的長(zhǎng)方形體藥柱，記錄藥柱從點(diǎn)燃到燃燒完畢所用的時(shí)間t，然后計(jì)算燃料的退移速率r。根據(jù)實(shí)驗(yàn)燃料的退移速率r是與氧化劑的流量Gtl有關(guān)的，其中FaGc^ a為常數(shù)。通過(guò)改變噴管的喉徑改變氧化劑的流量，進(jìn)行多次測(cè)試，得到不同氧化劑流量條件下，燃料的退移速率，根據(jù)數(shù)據(jù)得出退移速率r與氧化劑流量Gtl之間的函數(shù)關(guān)系。本測(cè)試裝置最大的特征是采用矩形發(fā)動(dòng)機(jī)和矩形藥柱(普通的都采用圓柱體發(fā)動(dòng)機(jī)和圓柱藥柱)因?yàn)樵谘b藥燃燒的過(guò)程中，藥柱可能會(huì)發(fā)生熔融，而圓柱體在熔融后燃面會(huì)產(chǎn)生變形，燃燒不規(guī)則可能引起爆炸及不安全情況。長(zhǎng)方形體藥柱在發(fā)生熔融的情況下也只能維持單面燃燒，燃燒面不會(huì)發(fā)生變化。有益效果本發(fā)明固體燃料退移速率測(cè)試裝置，采用長(zhǎng)方凹槽結(jié)構(gòu)的燃燒室，點(diǎn)火器安裝在上蓋前部與燃燒室相連通；測(cè)壓嘴固定在上蓋中部與燃燒室相通；進(jìn)氣管連接平衡腔，進(jìn)氣板位于平衡腔與燃燒室之間；拉瓦爾噴管固定在燃燒室后部；卡槽位于燃燒室內(nèi)底面上中間部位，藥柱放置在卡槽內(nèi)進(jìn)行測(cè)試；測(cè)試裝置工作時(shí)燃燒室壓強(qiáng)、氧化劑流量均可調(diào)，通過(guò)改變壓強(qiáng)、流量得到燃速與壓強(qiáng)，氧化劑流量之間的函數(shù)關(guān)系，可有效地降低測(cè)試的復(fù)雜性。裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于加工，操作安全可靠，能夠較好的測(cè)試固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)固體燃料退移速率。測(cè)試裝置對(duì)各種推進(jìn)劑要求低，只要推進(jìn)劑制成矩形體均可使用測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明一種固體燃料退移速率測(cè)試裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖I為本發(fā)明固體燃料退移速率測(cè)試裝置示意圖。圖2為本發(fā)明固體燃料退移速率測(cè)試裝置的左視圖。圖3為本發(fā)明固體燃料退移速率測(cè)試裝置的進(jìn)氣板示意圖。圖4為進(jìn)氣板剖視圖。圖5為A-A處首I]視圖。圖中 I.進(jìn)氣管 2.平衡腔 3.進(jìn)氣板 4.點(diǎn)火器 5.燃燒室6.卡槽 7.藥柱8.測(cè)壓嘴9.拉瓦爾噴管
具體實(shí)施方案本實(shí)施例是一種固體燃料退移速率測(cè)試裝置。采用長(zhǎng)方凹槽結(jié)構(gòu)的燃燒室，推進(jìn)劑制成長(zhǎng)方體進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)固體燃料退移速率。參閱圖I、圖2、圖3、圖4、圖5，本發(fā)明固體燃料退移速率測(cè)試裝置，包括進(jìn)氣管I、平衡腔2、進(jìn)氣板3、點(diǎn)火器4、燃燒室5、卡槽6、藥柱7、測(cè)壓嘴8、拉瓦爾噴管9 ;燃燒室5為長(zhǎng)方凹槽結(jié)構(gòu)，上部有長(zhǎng)方形上蓋，上蓋前后兩端有螺孔，通過(guò)螺釘與燃燒室5緊固，燃燒室5內(nèi)壁貼有隔熱層。整體式點(diǎn)火器4安裝在上蓋前部與燃燒室5內(nèi)相連通；測(cè)壓嘴8固定安裝在上蓋中間部位，通過(guò)蓋上的小孔與燃燒室5相通；燃燒室5前端部有螺孔，進(jìn)氣管直接通入平衡腔2內(nèi)，與燃燒室5前端部螺孔連接，進(jìn)氣板3安裝在平衡腔2與燃燒室5之間；進(jìn)氣板3為圓盤(pán)狀，中心有漸擴(kuò)型進(jìn)氣孔，依中心進(jìn)氣孔外延均布有多個(gè)大小相同的進(jìn)氣孔呈環(huán)狀。拉瓦爾噴管9通過(guò)臺(tái)階狀噴管套固定在燃燒室5后部，噴管可以拆卸，方便在測(cè)試中采用不同的噴管，同時(shí)噴管喉徑也可調(diào)節(jié)?？ú?為兩個(gè)長(zhǎng)方體垂直于燃燒室5底面上中間部位，左右兩端貼緊燃燒室5側(cè)面，藥柱7放置在卡槽6內(nèi)，卡槽之間距離等于藥柱長(zhǎng)度，卡槽高度為藥柱高度的一半；卡槽除了固定藥柱，還可使藥柱發(fā)生熔融時(shí)保持形狀不變。藥柱為燃料不含或僅含少量氧化劑，矩形藥柱側(cè)面和底面進(jìn)行包覆，只有上面進(jìn)行燃
Jyti ο本發(fā)明測(cè)試裝置，先將所要測(cè)量的固體燃料制作成長(zhǎng)方體藥柱7，取一定肉厚的藥柱固定于燃燒室5內(nèi)，然后，發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火器4點(diǎn)火，發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)通過(guò)測(cè)壓嘴8測(cè)得一定肉厚固體燃料的燃燒壓強(qiáng)曲線，得到藥柱燃燒時(shí)間，結(jié)合藥柱肉厚計(jì)算出燃料的退移速率；通過(guò)改變氧化劑流量，得到不同氧化劑流量燃料退移速率，擬合出退移速率與氧化劑流量函數(shù)關(guān)系。此外，還可通過(guò)改變?nèi)紵覊簭?qiáng)，得到不同壓強(qiáng)下燃料退移速率，研究壓強(qiáng)與退移速率的關(guān)系，進(jìn)一步優(yōu)化退移速率公式。測(cè)試裝置可測(cè)試不同組分固體燃料的退移速率，為提高固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱能量利用效率打下基礎(chǔ)。測(cè)試不同氧化劑流量下燃料退移速率的具體步驟如下( I)用矩形模具制作若干的推進(jìn)劑試樣，并對(duì)其除上表面外其他表面進(jìn)行阻燃包覆，以保證推進(jìn)劑燃燒時(shí)按平行層燃燒規(guī)律進(jìn)行燃燒。按照實(shí)驗(yàn)氧化劑流量、壓強(qiáng)及平行性實(shí)驗(yàn)的要求，計(jì)算應(yīng)該加工的推進(jìn)劑試樣的個(gè)數(shù)，以保證在每個(gè)氧化劑流量、每個(gè)壓強(qiáng)條件下，至少取得3組有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；(2)取其中一塊藥柱，記錄推進(jìn)劑的肉厚為e，置入燃燒室5內(nèi)，將藥柱7試樣固定在卡槽6中，并完成整套試驗(yàn)裝置的裝配；連接點(diǎn)火及測(cè)試裝置，檢查并確保點(diǎn)火器及測(cè)壓嘴8工作正常；(3)試驗(yàn)開(kāi)始前，檢查進(jìn)氣閥是否處于關(guān)閉狀態(tài)，確保進(jìn)氣閥關(guān)閉，調(diào)整噴管9的喉徑，使得氧化劑流量為定值；試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，打開(kāi)進(jìn)氣閥，使氧化劑通過(guò)進(jìn)氣管I進(jìn)入平衡腔2內(nèi)均勻混合，再由進(jìn)氣板3流入燃燒室5內(nèi)至固定壓強(qiáng)，打開(kāi)測(cè)壓嘴8，并使得測(cè)壓嘴8處于測(cè)試狀態(tài)；(4)點(diǎn)火；接通點(diǎn)火器4進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，并記錄下裝藥開(kāi)始燃燒的時(shí)間tl ;觀察裝藥燃燒過(guò)程，待藥柱燃燒完畢記錄此時(shí)的時(shí)間t2，記錄測(cè)壓嘴測(cè)得的壓強(qiáng)曲線；
(5)關(guān)閉測(cè)試裝置，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)噴管喉徑計(jì)算氧化劑流量GOl ；(6 )取(I)中制作的推進(jìn)劑試樣，改變噴管喉徑來(lái)改變氧化劑流量，重復(fù)(2廠(5 )過(guò)程，記錄裝藥燃燒的時(shí)間壓強(qiáng)曲線以及由噴管喉徑計(jì)算氧化劑流量G0;(7)根據(jù)裝藥肉厚e,裝藥燃燒時(shí)間t,計(jì)算裝藥的燃速r,記錄各個(gè)推進(jìn)劑試樣的燃速r以及相應(yīng)的氧化劑流量G0，根據(jù)這些數(shù)據(jù)擬合出燃速r與氧化劑流量GO的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算出燃速系數(shù)a;(8)完成以上過(guò)程，拆卸實(shí)驗(yàn)裝置以備下次試驗(yàn)使用，退移速率測(cè)試實(shí)驗(yàn)完成。
權(quán)利要求
1.ー種固體燃料退移速率測(cè)試裝置，其特征在于包括進(jìn)氣管、平衡腔、進(jìn)氣板、點(diǎn)火器、燃燒室、卡槽、測(cè)壓嘴、拉瓦爾噴管， 所述燃燒室為長(zhǎng)方凹槽結(jié)構(gòu)，上部有長(zhǎng)方形上蓋，上蓋前、后端有螺孔，點(diǎn)火器位于上蓋前部與燃燒室內(nèi)相連通，測(cè)壓嘴固定安裝在上蓋中間部位與燃燒室相通；燃燒室前端部有螺孔，進(jìn)氣管固定在平衡腔前端與燃燒室前端部連接，進(jìn)氣板位于平衡腔與燃燒室之間；拉瓦爾噴管通過(guò)噴管套固定在燃燒室后端部；卡槽位于燃燒室內(nèi)底面中間部位，藥柱放置在卡槽內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體燃料退移速率測(cè)試裝置，其特征在于所述卡槽為兩個(gè)長(zhǎng)方體分別垂直于燃燒室內(nèi)底面，兩端貼緊燃燒室內(nèi)兩側(cè)壁，卡槽內(nèi)間距與藥柱長(zhǎng)度相同，卡槽高度為藥柱高度的一半。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體燃料退移速率測(cè)試裝置，其特征在于所述進(jìn)氣板為圓盤(pán)狀，中心有漸擴(kuò)型進(jìn)氣孔，依中心進(jìn)氣孔外延均布有多個(gè)大小相同的漸擴(kuò)型進(jìn)氣孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體燃料退移速率測(cè)試裝置，其特征在于燃燒室內(nèi)壁貼有隔熱層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種固體燃料退移速率測(cè)試裝置，采用長(zhǎng)方凹槽結(jié)構(gòu)的燃燒室，點(diǎn)火器安裝在上蓋前部與燃燒室相連通，測(cè)壓嘴固定在上蓋中部與燃燒室相通，進(jìn)氣管連接平衡腔,進(jìn)氣板位于平衡腔與燃燒室之間，拉瓦爾噴管固定在燃燒室后部；卡槽位于燃燒室內(nèi)底面上中間部位，藥柱放置在卡槽內(nèi)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試裝置工作時(shí)燃燒室壓強(qiáng)、氧化劑流量均可調(diào)，通過(guò)改變壓強(qiáng)、流量得到燃速與壓強(qiáng)，氧化劑流量之間的函數(shù)關(guān)系，可有效地降低測(cè)試的復(fù)雜性。測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，易于加工，操作安全可靠，能夠較好的測(cè)試固液火箭發(fā)動(dòng)機(jī)固體燃料退移速率。測(cè)試裝置對(duì)各種推進(jìn)劑要求低，只要推進(jìn)劑制成矩形體均可使用本發(fā)明測(cè)試裝置進(jìn)行測(cè)試。
文檔編號(hào)G01N31/12GK102854284SQ201210332659
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月11日
發(fā)明者胡松啟, 陳靜, 王鵬飛, 劉凱 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)