过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机制造技术

本发明专利技术公开的过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，属于固体火箭发动机过载实验领域。本发明专利技术通过旋转过载台悬臂模拟发动机过载环境；通过收集装置B收集停留在固体推进剂燃面的凝相产物。利用气体和凝相产物惯性差，通过收集装置A收集凝相产物。通过建立固体推进剂瞬态燃速测算模型，利用固体推进剂瞬态燃速测算模型实现瞬态燃速的高精度高效测量。收集装置A分区收集随燃气流走的凝相产物，进而分析在过载力作用下燃烧室内两相流动规律和凝相产物的形貌、粒度、成分情况。采用喷气装置和燃烧室壳体垂直的结构布局，进行过载方向与燃面退移方向成任意角度θ的过载实验；通过改变过载台悬臂的转速，进行不同过载下的发动机实验。下的发动机实验。下的发动机实验。

【技术实现步骤摘要】
过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机


[0001]本专利技术涉及过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，属于固体火箭发动机过载实验领域。

技术介绍

[0002]固体火箭发动机在工作过程中，难免出现过载情形，如起飞加速、高机动时，尤其是先进导弹的动力系统。为了提高能量，大多数推进剂都会加入廉价易得的铝粉，铝粉的加入提高了推进剂的加速度敏感性。当存在与燃面退移方向相同的加速度或者加速度分量时，燃烧产生的部分凝相产物会在加速度力和气动力共同作用下停留在燃面上，在火焰和燃面之间形成“热短路”，改变推进剂的瞬态燃速，进而诱发燃烧室压强升高、燃烧时间缩短、内弹道性能和推力发生改变。甚至对导弹飞行中的安全构成威胁。当存在与燃面退移方向相反的加速度或者加速度分量时，燃烧产生的凝相产物会在过载力和气动力的作用下离开燃面。影响固体火箭发动机的比冲、绝热层和喷管的烧蚀、燃烧的稳定性、熔渣沉积和能量释放。
[0003]因此有必要开展过载固体火箭发动机点火实验，对固体火箭发动机设计提供指导。
[0004]通过被动式试车台，将过载实验发动机固定在过载台悬臂上，利用变速马达和作动机构带动悬臂旋转，模拟导弹飞行过程中的过载环境。通过地面模拟过载实验，模拟导弹飞行过程中的过载环境，大大节约了实验成本。通过地面模拟与燃面退移方向相同的加速度或者加速度分量，收集停留在燃面的凝相产物和随燃气流走的凝相产物，测量推进剂的瞬态燃速，分析停留在燃面的凝相产物和推进剂瞬态燃速的关系以及随燃气流走的凝相产物粒径与理论“临界直径”的关系；通过地面模拟与燃面退移方向相反的加速度或者加速度分量，收集随燃气流走的凝相产物，获得凝相产物的形貌、成分、粒径。对改进固体推进剂的加工工艺和提高固体发动机性能具有重要的理论意义和工程应用价值。
[0005]工欲善其事，必先利其器。然而现有的过载实验发动机，如文献《过载下燃烧室粒子特性与绝热层烧蚀研究进展》公开了一套聚集下粒子收集实验装置，通过收敛使得颗粒聚集，首次实验了过载下模拟发动机燃烧室粒子的收集与分析。然而其体积庞大笨重，以及收集罐中的收集液限制了其在过载台上进行实验，收集到的凝相产物并没有受到真实过载力的作用，处于模拟阶段，且仅能收集燃烧室内的凝相颗粒(即随燃气流走的凝相颗粒)。无法收集由于真实过载导致凝相产物停留在推进剂燃烧表面的凝相产物。且其不具有测量推进剂瞬态燃速的功能。

技术实现思路

[0006]为了对过载下固体火箭发动机的性能进行更加真实的评估。本专利技术的主要目的是提供过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，将兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机放在过载台的悬臂上，通过旋转过载台悬臂模拟发动机过载环境，
且能够实现如下实验功能：(一)当固体推进剂装药燃烧产生的凝相产物受到的与燃面退移方向相同的过载力大于凝相产物受到的气动力，通过收集装置B收集停留在固体推进剂燃面的凝相产物。(二)收集装置A正对固体推进剂燃面，沿发动机轴向放置，喷气装置与燃烧室壳体垂直。推进剂燃面产生沿轴向的气体和凝相产物，利用气体和凝相产物惯性差，气体通过喷气装置排出，凝相产物由于惯性会进入收集装置A中，即通过收集装置A收集凝相产物。(三)通过分析燃烧室压强、推进剂性能、发动机参数，建立固体推进剂瞬态燃速测算模型，利用所述固体推进剂瞬态燃速测算模型实现瞬态燃速的高精度高效测量，进而便于分析推进剂的瞬变特性。(四)收集装置A分为4个区域，可以分区收集随燃气流走的凝相产物，进而分析在过载力作用下燃烧室内两相流动规律和凝相产物的形貌、粒度、成分情况。(五)采用喷气装置和燃烧室壳体垂直的结构布局，且发动机两侧端盖相同，能够进行过载方向与燃面退移方向成任意角度θ(0≤θ≤π)的过载实验；通过改变过载台悬臂的角速度，能够进行不同大小过载下的发动机实验。即本专利技术可以在过载方向与燃面退移方向成任意角度θ(0≤θ≤π)和不同大小过载下测量推进剂的瞬态燃速和收集凝相产物。本专利技术有助于改进固体推进剂的加工工艺和提高固体发动机性能。
[0007]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0008]本专利技术公开的过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，包括兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机、固定工装、过载台。通过固定工装将兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机固定在过载台的悬臂上，通过旋转过载台悬臂模拟发动机过载环境。
[0009]所述兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，简称实验发动机包括端盖、燃烧室壳体、外垫块、堵头、收集装置B底盖、O
‑
型密封圈、四氟垫片、内垫块、收集装置B盒子、固体推进剂、绝热套、点火药包、收集装置A盖子、收集装置A盒子、点火器基座、点火器密封件、压力传感器基座、泄压阀底座、爆破塞、泄压阀封头、喷管底座、喷管封头、喷管衬套、喷管喉套、喷管。
[0010]所述固体推进剂带有包覆层，提前浇注在收集装置B盒子内。所述实验发动机置于过载台悬臂，通过旋转过载台悬臂，模拟导弹飞行过程中的过载环境。即当固体推进剂装药燃烧产生的凝相产物受到的与燃面退移方向相同的过载力大于凝相产物受到的气动力，凝相产物就会停留在燃面，直接被收集装置B收集。
[0011]燃烧室壳体为中空圆柱体；收集装置B和收集装置A分别位于壳体内左右两端，正对放置；喷气装置与燃烧室壳体垂直；推进剂燃面产生的气体和随气体流走的凝相产物会沿着发动机轴向运动，当到达喷气装置入口时，由于气体和凝相产物的惯性差，气体通过喷气装置排出，凝相产物会继续沿轴向运动，进入收集装置内。
[0012]作为优选，所述推进剂燃面与收集装置A初始距离仅为100mm，所述喷气装置中心轴线与收集装置A距离仅为30mm，有利于凝相产物进入收集装置A中。
[0013]所述传感器基座用于安装高频(采集频率大于150kHz)压力传感器，测量燃烧器内的压强；通过分析燃烧室压强、推进剂性能、发动机参数，建立固体推进剂瞬态燃速测算模型，利用所述固体推进剂瞬态燃速测算模型实现瞬态燃速的高精度高效测量，进而便于分析推进剂的瞬变特性。
[0014]所述收集装置A包括四个区域：收集区域1为内胆，收集区域2为沿着重力加速度方
向，收集区域3为沿着科氏加速度方向，另外还有收集区域4；进而分析在过载力作用下，重力、科氏加速度对燃烧室内两相流动规律和凝相产物的形貌、粒度、成分的影响。
[0015]与传统的发动机喷气装置沿发动机壳体轴向结构布局不同，本实验发动机采用喷气装置和燃烧室壳体垂直的结构布局。即使过载方向与燃面退移方向成的角度θ≥90
°
，喷气装置喷出的高温燃气也不会损坏固定装置和过载台。即能够进行过载方向与燃面退移方向成任意角度θ(0≤θ≤π)的过载实验。同时，发动机两侧端盖相同，方便对调在过载台上的位置。通过改变过载台悬臂的角速度ω模拟不同大小的过载环境，即本专利技术能够在过载方向与燃面退移方向成任意角度θ(0≤θ≤π)和不同大小过载下测量推进剂的瞬态燃速和收集凝相产物本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，其特征在于：包括兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机(1)、固定工装(2)、过载台(3)；通过固定工装(2)将兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机(1)固定在过载台(3)的悬臂上，通过旋转过载台悬臂模拟发动机过载环境；所述兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机(1)，简称实验发动机(1)包括端盖(1.1)、燃烧室壳体(1.2)、外垫块(1.3)、堵头(1.4)、收集装置B底盖(1.5)、O
‑
型密封圈(1.6)、垫片(1.7)、内垫块(1.8)、收集装置B盒子(1.9)、固体推进剂(1.10)、绝热套(1.11)、点火药包(1.12)、收集装置A盖子(1.13)、收集装置A盒子(1.14)、点火器基座(1.15)、点火器密封件(1.16)、压力传感器基座(1.17)、泄压阀底座(1.18)、爆破塞(1.19)、泄压阀封头(1.20)、喷管底座(1.21)、喷管封头(1.22)、喷管衬套(1.23)、喷管喉套(1.24)、喷管(1.25)；所述固体推进剂(1.10)带有包覆层，提前浇注在收集装置B盒子(1.9)内；所述实验发动机(1)置于过载台(3)悬臂，通过旋转过载台(3)悬臂，模拟导弹飞行过程中的过载环境；即当固体推进剂装药(1.10)燃烧产生的凝相产物受到的与燃面退移方向相同的过载力大于凝相产物受到的气动力，凝相产物就会停留在燃面，直接被收集装置B收集；燃烧室壳体(1.2)为中空圆柱体；收集装置B和收集装置A分别位于壳体(1.2)内左右两端，正对放置；喷气装置与燃烧室壳体(1.2)垂直；推进剂(1.10)燃面产生的气体和随气体流走的凝相产物会沿着发动机(1)轴向运动，当到达喷气装置入口时，由于气体和凝相产物的惯性差，气体通过喷气装置溜走，凝相产物会继续沿轴向运动，进入收集装置A内；所述收集装置B包括收集装置B底盖(1.5)、垫片(1.7)、内垫块(1.8)、收集装置B盒子(1.9)；收集装置B盒子(1.9)为顶端不封口的中空圆柱形结构；垫片(1.7)起密封作用，防止高温燃气从底部进入收集装置B内；同时装药(1.10)带有包覆层，防止燃烧过程中高温燃气侵蚀收集装置B；内垫块(1.8)和外垫块(1.3)起缓冲作用，共同保护收集装置B底盖(1.5)。2.如权利要求1所述的过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，其特征在于：所述传感器基座(1.17)用于安装高频压力传感器，测量燃烧器内的压强；通过分析燃烧室压强、推进剂性能、发动机参数，建立固体推进剂瞬态燃速测算模型，利用所述固体推进剂瞬态燃速测算模型实现瞬态燃速的高精度高效测量，进而便于分析推进剂的瞬变特性。3.如权利要求2所述的过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，其特征在于：所述收集装置A包括四个区域：收集区域1为内胆，收集区域2为沿着重力加速度方向，收集区域3为沿着科氏加速度方向，另外还有收集区域4；进而分析在过载力作用下，重力、科氏加速度对燃烧室内两相流动规律和凝相产物的形貌、粒度、成分的影响。4.如权利要求3所述的过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，其特征在于：采用喷气装置和燃烧室壳体(1.2)垂直的结构布局；即使过载方向与燃面退移方向成的角度θ≥90
°
，喷气装置喷出的高温燃气也不会损坏固定装置(2)和过载台(3)；即能够进行过载方向与燃面退移方向成任意角度θ(0≤θ≤π)的过载实验；同时，发动机两侧端盖(1.1)相同，方便对调在过载台(3)上的位置；通过改变过载台(3)悬臂的角速度ω模拟不同大小的过载环境，即本发明能够在过载方向与燃面退移方向成任意角度θ(0≤θ≤π)和不同大小过载下测量推进剂的瞬态燃速和收集凝相产物。
5.如权利要求4所述的过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，其特征在于：将发动机沿着两侧悬臂对称放置，一次进行两个工况的实验，显著节省实验成本。6.如权利要求5所述的过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，其特征在于：所述固体收集装置A的内径大于燃烧室壳体(1.2)中间部位的内径，有利于凝相产物的收集；所述固体收集装置A的外径小于燃烧室壳体(1.2)右侧部位的内径，有利于取出收集装置A。7.如权利要求6所述的过载下兼具测量瞬态燃速和收集凝相产物的实验发动机，其特征在于：所述推进剂(1.10)燃面与收集装置A初始距离仅为100mm，所述喷气装置中心轴线与收集装置A距离仅为30mm，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李军伟，贺业，徐博，覃生福，田忠亮，王宁飞，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：