高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置及使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置及使用方法，包括压力容器、压力调节系统、压力测试系统、注射器、燃料液滴相位调整装置、点火装置和高速摄影系统。压力容器包括燃烧室、左舱段和右舱段；左舱段的长度大于右舱段的长度；燃料液滴相位调整装置包括声学系统和声学系统位置调整装置；声学系统位置调整装置用于调节燃料液滴所处声波的相位；燃烧室的两侧对称设置有两块可拆卸的观察窗；高速摄影系统包括背景光源和高速摄像机。本发明专利技术试验可视化，观察窗可拆装、方便更换点火头；另外，能够实现快速调节扬声器的相对位置，使燃料液滴处于需要的相位；并能实现高压环境下的挂滴操作。压环境下的挂滴操作。压环境下的挂滴操作。

【技术实现步骤摘要】
高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置及使用方法


[0001]本专利技术涉及液体火箭发动机和航空喷气发动机等研究领域，特别是一种高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置及使用方法。

技术介绍

[0002]燃料液滴的蒸发燃烧实验装置一般应用于液体火箭发动机和航空喷气发动机等研究领域。
[0003]液体火箭发动机是通过将飞行器自身携带的液体推进剂的化学能转变为热能进而转变为动能来为飞行器提供动力，对航天和国防领域有着重要的影响。液体火箭发动机的可靠性、稳定性、相容性，一直是其研制过程中要解决的主要问题，与发动机推力室内液体推进剂的喷雾燃烧过程密切相关。
[0004]液体火箭发动机推力室内的喷雾燃烧过程十分复杂，包括喷注、雾化、蒸发、混合、燃烧等物理/化学子过程。在发动机热试车过程中，难以捕捉到各子过程的物理化学特性，更难以获得描述这些子过程机理的确定性模型。当这些子过程相互耦合时，作用机理变得更加复杂，可能产生燃烧不稳定使发动机处于恶劣的工作过程中，甚至对发动机产生破坏性影响。为了揭示最基本的物理化学现象，需要针对各个子过程建立实验系统进行研究。在各子过程中，推进剂喷雾液滴在推力室中的蒸发燃烧是重要的部分，对发动机的性能有很大的影响，对蒸发燃烧过程建立实验系统进行研究，对提高发动机的可靠性、稳定性、相容性具有重要的意义。
[0005]由于液体推进剂具有挥发性，所以实验前要求液滴首先与实验环境分离，以避免液滴提前挥发造成实验结果不准确，并满足液滴一旦进入高压环境在尽可能短的时间内点火测量燃烧过程的要求。研究高压和声学振荡环境对蒸发燃烧过程的影响时，需要控制振荡幅值、振荡频率以及振荡发生的时间来营造不同的声学振荡环境。但是，现有的实验装置难以同时满足多种工况下进行实验的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置及使用方法，该高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置及使用方法能够在试验可视化的同时，观察窗可拆装，能方便更换点火头且点火方便；另外，能够实现快速调节扬声器的相对位置，使燃料液滴处于需要的相位；两个舱段长度不同，其中左舱段较长，右舱段较短，可以满足不同频率下试验的要求。进一步，能在高压环境下稳定悬挂的注射器能在较宽的压力范围内简便的实现挂滴操作，特别是可以简便的实现高压环境下的挂滴操作。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置，包括压力容器、压力调节系统、压力测试系统、注射器、燃料液滴相位调整装置、点火装置和高速摄影系统。
[0008]压力容器包括燃烧室、左舱段、右舱段、左端盖和右端盖。
[0009]左舱段和右舱段同轴密封设置在燃烧室的左右两侧。且左舱段的长度大于右舱段的长度。左端盖密封盖合在左舱段的左侧端，右端盖密封盖合在右舱段的右侧端。
[0010]压力调节系统用于向压力容器内注入高压气体，并形成所需的高压环境。
[0011]压力测试系统用于实时监测压力容器内的环境压力。
[0012]注射器安装在燃烧室顶部，用于向燃烧室内提供悬挂的燃料液滴。
[0013]点火装置用于燃料液滴的点火，点火装置包括安装在燃烧室顶部的点火头接线柱，点火头接线柱底部可拆卸连接式连接有点火头或电弧放电装置。
[0014]燃料液滴相位调整装置包括声学系统和声学系统位置调整装置。
[0015]声学系统包括声发生器和均与声发生器相连接的左扬声器和右扬声器。左扬声器设置在左舱段中，右扬声器设置在右舱段中。左扬声器和右扬声器的中心与燃料液滴位于同一轴线。
[0016]声学系统位置调整装置用于调节燃料液滴所处声波的相位。
[0017]燃烧室的两侧对称设置有两块可拆卸的观察窗。
[0018]高速摄影系统包括背景光源和高速摄像机。背景光源设置在其中一块观察窗的外侧，高速摄像机设置在另一块观察窗的外侧。
[0019]点火装置还包括点火头接线柱、点火头接线柱内压线螺母、点火头接线柱用绝缘陶瓷、点火头接线柱与燃烧室联接螺栓、点火头接线柱压紧螺母、点火头接线柱外压线螺母、内绝缘垫片和外绝缘垫片。
[0020]点火头接线柱用绝缘陶瓷同轴压紧套设在点火头接线柱的外周，点火头接线柱与燃烧室联接螺栓同轴压紧套设在点火头接线柱用绝缘陶瓷的中上部。点火头接线柱与燃烧室联接螺栓的上部设置有圆筒状外螺纹，点火头接线柱与燃烧室联接螺栓的下部设置有倒圆锥型外螺纹。
[0021]点火头接线柱压紧螺母螺纹连接在圆筒状外螺纹上，倒圆锥型外螺纹与燃烧室顶部设置的圆锥内螺纹密封螺纹连接。位于燃烧室外侧的点火头接线柱顶端上从下至上依次套设有外绝缘垫片和点火头接线柱外压线螺母，位于燃烧室内侧的点火头接线柱底端上从下至上依次套设有外绝缘垫片和点火头接线柱内压线螺母。
[0022]观察窗包括观察窗内框、观察窗外框和观察窗玻璃。观察窗外框安装在燃烧室壳体上，观察窗内框嵌套在观察窗外框中并通过内外框联接螺栓相连接，观察窗内框朝向观察窗外框的一侧设置有凹槽，用于嵌套观察窗玻璃。观察窗玻璃与观察窗内框和观察窗外框的接触面间均设置有垫片。
[0023]声学系统位置调整装置包括均与燃烧室轴线平行的左扬声器推杆和右扬声器推杆，左扬声器推杆的长度大于右扬声器推杆的长度。
[0024]左扬声器推杆的右侧端与左扬声器直接或间接连接，左扬声器推杆的左侧端从左端盖中伸出，并形成左扬声器推杆的左伸出端。左扬声器在左扬声器推杆的推动控制下，沿轴向移动。
[0025]右扬声器推杆的左侧端与右扬声器直接或间接连接，右扬声器推杆的右侧端从右端盖中伸出，并形成右扬声器推杆的右伸出端。右扬声器在右扬声器推杆的推动控制下，沿轴向移动。
[0026]当更换声波频率时，只需调整控制左扬声器推杆中左伸出端的长度和右扬声器推杆中右伸出端的长度，进而使得燃料液滴位于声波的驻波波节位置或波腹位置。
[0027]左扬声器推杆和右扬声器推杆均与燃烧室同轴设置。
[0028]左舱段内同轴设置有筒状的左扬声器支撑圈，左扬声器支撑圈外壁面与左舱段内壁面滑动配合。左扬声器同轴安装在左扬声器支撑圈的右侧端面上。左扬声器推杆的右侧端与左扬声器支撑圈的左侧端相连接。
[0029]右舱段内同轴设置有筒状的右扬声器支撑圈，右扬声器支撑圈外壁面与右舱段内壁面滑动配合。右扬声器同轴安装在右扬声器支撑圈的左侧端面上。右扬声器推杆的左侧端与右扬声器支撑圈的左侧端相连接。
[0030]注射器包括注射器腔体、注射器尾部螺纹套、活塞杆螺纹推力头、活塞、活塞杆、注射器头部螺纹套、导管和石英挂丝。
[0031]注射器腔体中同轴设置有顶端开口的燃料容纳腔。
[0032]注射器腔体的头部密封嵌套安装在燃烧室顶部，且伸入燃烧室内。注射器腔体头部中同轴设置有与燃料容纳腔相贯通的燃料喷注通道。
[0033]注射器头部螺纹套密封设置在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置，其特征在于：包括压力容器、压力调节系统、压力测试系统、注射器、燃料液滴相位调整装置、点火装置和高速摄影系统；压力容器包括燃烧室、左舱段、右舱段、左端盖和右端盖；左舱段和右舱段同轴密封设置在燃烧室的左右两侧；且左舱段的长度大于右舱段的长度；左端盖密封盖合在左舱段的左侧端，右端盖密封盖合在右舱段的右侧端；压力调节系统用于向压力容器内注入高压气体，并形成所需的高压环境；压力测试系统用于实时监测压力容器内的环境压力；注射器安装在燃烧室顶部，用于向燃烧室内提供悬挂的燃料液滴；点火装置用于燃料液滴的点火，点火装置包括安装在燃烧室顶部的点火头接线柱，点火头接线柱底部可拆卸连接式连接有点火头或电弧放电装置；燃料液滴相位调整装置包括声学系统和声学系统位置调整装置；声学系统包括声发生器和均与声发生器相连接的左扬声器和右扬声器；左扬声器设置在左舱段中，右扬声器设置在右舱段中；左扬声器和右扬声器的中心与燃料液滴位于同一轴线；声学系统位置调整装置用于调节燃料液滴所处声波的相位；燃烧室的两侧对称设置有两块可拆卸的观察窗；高速摄影系统包括背景光源和高速摄像机；背景光源设置在其中一块观察窗的外侧，高速摄像机设置在另一块观察窗的外侧。2.根据权利要求1所述的高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置，其特征在于：点火装置还包括点火头接线柱、点火头接线柱内压线螺母、点火头接线柱用绝缘陶瓷、点火头接线柱与燃烧室联接螺栓、点火头接线柱压紧螺母、点火头接线柱外压线螺母、内绝缘垫片和外绝缘垫片；点火头接线柱用绝缘陶瓷同轴压紧套设在点火头接线柱的外周，点火头接线柱与燃烧室联接螺栓同轴压紧套设在点火头接线柱用绝缘陶瓷的中上部；点火头接线柱与燃烧室联接螺栓的上部设置有圆筒状外螺纹，点火头接线柱与燃烧室联接螺栓的下部设置有倒圆锥型外螺纹；点火头接线柱压紧螺母螺纹连接在圆筒状外螺纹上，倒圆锥型外螺纹与燃烧室顶部设置的圆锥内螺纹密封螺纹连接；位于燃烧室外侧的点火头接线柱顶端上从下至上依次套设有外绝缘垫片和点火头接线柱外压线螺母，位于燃烧室内侧的点火头接线柱底端上从下至上依次套设有外绝缘垫片和点火头接线柱内压线螺母。3.根据权利要求1所述的高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置，其特征在于：观察窗包括观察窗内框、观察窗外框和观察窗玻璃；观察窗外框安装在燃烧室壳体上，观察窗内框嵌套在观察窗外框中并通过内外框联接螺栓相连接，观察窗内框朝向观察窗外框的一侧设置有凹槽，用于嵌套观察窗玻璃；观察窗玻璃与观察窗内框和观察窗外框的接触面间均设置有垫片。4.根据权利要求1所述的高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置，其特征在于：声学系统位置调整装置包括均与燃烧室轴线平行的左扬声器推杆和右扬声器推杆，左扬声器推杆的长度大于右扬声器推杆的长度；左扬声器推杆的右侧端与左扬声器直接或间接连接，左扬声器推杆的左侧端从左端盖
中伸出，并形成左扬声器推杆的左伸出端；左扬声器在左扬声器推杆的推动控制下，沿轴向移动；右扬声器推杆的左侧端与右扬声器直接或间接连接，右扬声器推杆的右侧端从右端盖中伸出，并形成右扬声器推杆的右伸出端；右扬声器在右扬声器推杆的推动控制下，沿轴向移动；当更换声波频率时，只需调整控制左扬声器推杆中左伸出端的长度和右扬声器推杆中右伸出端的长度，进而使得燃料液滴位于声波的驻波波节位置或波腹位置。5.根据权利要求4所述的高压和振荡环境下燃料液滴蒸发燃烧实验装置，其特征在于：左扬声器推杆和右扬声器推杆均与燃烧室同轴设置；左舱段内同轴设置有筒状的左扬声器支撑圈，左扬声器支撑圈外壁面与左舱段内壁面滑动配合；左...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，闫常春，聂万胜，苏凌宇，包恒，侯志勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：