一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置及测量方法，利用铝质隔膜将自燃型推进剂的燃烧反应室分为两个腔室，第一腔室靠近快速压缩机的压缩缸，远离压缩缸的为第二腔室，通过活塞的快速压缩对第一腔室内部的气体进行升温和加压；当第一腔室中的气体压力升高到一定程度时，铝膜在压差的作用下发生破裂，两腔室中的气体在较高的压力梯度和破膜产生的强湍流作用下发生快速均匀混合，混合时间时间尺度小于1.5ms。此时间尺度远小于所研究的自燃型推进剂气相着火延迟时间101–

【技术实现步骤摘要】
一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置及测量方法


[0001]本专利技术涉及燃烧化学反应动力学实验装置
，具体为一种自燃型推 进剂气相着火延迟时间测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]使用计算流体动力学(CFD)耦合化学反应动力学机理，对推进剂流动燃 烧过程进行仿真是航天推进器设计的发展趋势。准确的化学反应动力学机理是 实现推进剂燃烧过程高精度仿真的关键，化学反应机理的可靠性需通过基础燃 烧实验数据的验证，如激波管和快速压缩机测得的着火延迟时间等。这些基础 燃烧实验通常需要制备燃料和氧化剂的预混气体，以排除化学反应过程中组分 输运带来的影响。然而自燃型推进剂常温常压下“接触即反应”的本质属性决 定传统的预混实验方法无法开展，即使进行较高程度的稀释，燃料和氧化剂仍 可以在较低的温度和压力下发生显著的化学反应。现有的自燃型推进剂基础燃 烧特性实验研究方法均存在物理混合过程与化学反应过程高度耦合的问题，难 以用于推进剂化学反应动力学的研究。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种自燃型推进剂气相着火延迟 时间测量装置及测量方法，实现自燃型推进剂混合和化学反应着火过程的解耦， 得到燃料和氧化剂的着火延迟时间。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0005]一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置，包括压缩缸，其内部设置 有活塞，压缩缸的端部设置有燃烧反应腔，燃烧反应腔中设置有隔膜，将燃烧 反应腔分割为两个腔室，两个腔室中用于分别注入推进剂燃料和氧化剂，当隔 膜破裂后两个腔室中燃料和氧化剂混合并燃烧。
[0006]优选的，所述燃烧反应腔包括同轴设置的第一腔体板、第二腔体板和端盖；
[0007]所述第一腔体板中设置第一腔室，第二腔体板中设置第二腔室，第一腔体 板的一侧与压缩缸的端部密封固接，隔膜密封压装在第一腔体板和第二腔体板 之间，并使第一腔室和第二腔室相互独立，端盖密封设置在第二腔体板的端部。
[0008]优选的，所述隔膜为铝制隔膜。
[0009]优选的，所述隔膜上设置有切痕，用于控制隔膜破裂方向。
[0010]优选的，所述第一腔体板和第二腔体板上均设置有压力传感器，用于测量 各自腔室的压力。
[0011]优选的，所述第一腔体板和第二腔体板中还分别埋设有加热装置，用于控 制对应腔室的温度。
[0012]优选的，所述燃料为燃料和稀释气的混合气体；所述氧化剂为氧化剂和稀 释气的混合气体。
[0013]一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置的测量方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1、将配制的氧化剂和稀释气的混合气体注入第一腔室，将燃料和稀 释气的混合气体注入第二腔室，记录该时刻两个腔室的初始参数；
[0015]步骤2、对第一腔室施加压力使隔膜破裂，燃料和氧化剂快速混合并燃烧；
[0016]步骤3、获取第二腔室0时刻至第二腔室压力上升的斜率最大值对应时刻 的时间，得到腔室设定初始参数条件下自燃型推进剂气相的着火延迟时间；
[0017]所述0时刻为隔膜破裂后第二腔室压力第一次陡升的最高值对应的时刻。
[0018]优选的，，所述腔室的初始参数包括腔室的温度、体积以及压力。
[0019]优选的，，还包括以下步骤，获取0时刻时第二腔室的压力值p
c
并结合理 想气体状态方程，确定0时刻燃烧反应腔中的平均温度T
c
；
[0020][0021]其中，T0为两个腔室的初始温度，p0‑1为第一腔室的初始压力，p0‑2为第二 腔室的初始压力，V1第一腔室的初始体积，V2第二腔室的初始体积。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0023]本专利技术提供的一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置，利用铝质隔 膜将自燃型推进剂的燃烧反应腔分为两个腔室，第一腔室靠近快速压缩机的压 缩缸，通过活塞的快速压缩对其内部的气体进行升温和加压；远离活塞的为第 二腔室，当第一腔室中的气体压力升高到一定程度时，铝膜在压差的作用下发 生破裂，两腔室中的气体在较高的压力梯度和破膜产生的强湍流作用下发生快 速均匀混合，混合时间时间尺度小于1.5ms。此时间尺度远小于所研究的自燃 型推进剂气相着火延迟时间101–
102ms量级，然后根据第二腔室的0时刻至第 二腔室压力上升的斜率最大值对应的时刻，得到腔室设定初始参数条件下的自 燃型推进剂气相着火延迟时间。
附图说明
[0024]图1为本专利技术测量装置的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术测量装置的内部结构示意图；
[0026]图3为本专利技术测量装置的燃烧反应腔的结构示意图；
[0027]图4为本专利技术双腔快速压缩机燃烧反应腔压力曲线；
[0028]图5为本专利技术双腔快速压缩机破膜过程温度分布图；
[0029]图6为本专利技术双腔快速压缩机的压力/温度/组分浓度变化曲线图。
[0030]图中：1、压力传感器；2、隔膜；3、端盖；4、密封圈；5、径向视窗；6、 活塞；7、第一腔体板；8、第二腔体板；9、压缩缸；10、端盖视窗。
具体实施方式
[0031]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不 是限定。
[0032]参阅图1
‑
3，一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置，包括压缩缸9， 其内部设置有活塞6，压缩缸9的端部设置有燃烧反应腔，燃烧反应腔中设置 有隔膜，将燃烧反
应腔分割为两个腔室，两个腔室中用于分别注入推进剂燃料 和氧化剂，当隔膜破损两个腔室连通并使燃料和氧化剂快速混合。
[0033]所述燃烧反应腔包括第一腔体板7、第二腔体板8和端盖，第一腔体板7 中设置第一腔室，第二腔体板8的中心设置第二腔室，第一腔体板7和第二腔 体板8和端盖同轴设置在压缩缸的端部，第一腔体板7的一侧与压缩缸的端部 固接，隔膜设置在第一腔体板7和第二腔体板8之间，并且隔膜的两侧均设置 有密封圈4，端盖、第二腔体板8和第一腔体板7通过螺栓连接。
[0034]第一腔体板7和第二腔体板8上均设置有压力传感器1，用于测量各自腔 室的压力，第一腔体板7和第二腔体板8的侧壁上设置有径向视窗5，用于观 察腔室，端盖的中心设置有端盖视窗10，通过径向视窗5和端盖视窗10从多 个方向对腔室进行观察，所述第一腔体板和第二腔体板上均设置有进料口并与 腔室连通，实现燃料和氧化剂的分别注入。
[0035]第一腔体板7和第二腔体板8中还分别埋设有加热棒，用于对气态的燃烧 和氧化剂进行加热，避免其转化为液态。
[0036]所述隔膜为铝质隔膜，隔膜上设置有切痕，铝膜的厚度和切痕的深度共同 决定破膜时所需的压差；同时切痕在铝膜破裂时起导向作用，在试验的过程中， 通过控制切痕方向和深度引导隔膜向无光学窗口处破裂，避免干扰径向视窗的 观察光路。
[0037]例如，在隔膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置，其特征在于，包括压缩缸(9)，其内部设置有活塞(6)，压缩缸(9)的端部设置有燃烧反应腔，燃烧反应腔中设置有隔膜，将燃烧反应腔分割为两个腔室，两个腔室中用于分别注入推进剂燃料和氧化剂，当隔膜破裂后两个腔室中燃料和氧化剂混合并燃烧。2.根据权利要求1所述的一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置，其特征在于，所述燃烧反应腔包括同轴设置的第一腔体板(7)、第二腔体板(8)和端盖；所述第一腔体板(7)中设置第一腔室，第二腔体板(8)中设置第二腔室，第一腔体板(7)的一侧与压缩缸的端部密封固接，隔膜密封压装在第一腔体板(7)和第二腔体板(8)之间，并使第一腔室和第二腔室相互独立，端盖密封设置在第二腔体板(8)的端部。3.根据权利要求1所述的一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置，其特征在于，所述隔膜为铝制隔膜。4.根据权利要求3所述的一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置，其特征在于，所述隔膜上设置有切痕，用于控制隔膜破裂方向。5.根据权利要求2所述的一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置，其特征在于，所述第一腔体板(7)和第二腔体板(8)上均设置有压力传感器(1)，用于测量各自腔室的压力。6.根据权利要求2所述的一种自燃型推进剂气相着火延迟时间测量装置，其特征在于，所述第一腔体板(7)和第二腔体板(8)中还分别埋设有加热装置，用于控制对应腔室的温度。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：武颖韬，孔祥东，麦棹铭，汤成龙，黄佐华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：