【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种爆轰实验领域的技术，具体是一种光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统及方法。
技术介绍
1、气相爆轰是一种以超音速传播的燃烧波。在爆轰过程中，可燃气体在极短的时间内快速燃烧，燃烧波阵面与前导激波面耦合传播，并带来剧烈的能量释放，其可以为高超声速飞行器提供所需的动力，是一种极具潜力的新型推进方式。但是其仍然面临着在高空高速低温的恶劣条件下难以为飞行器提供正推力的科学技术难题。因此，目前向气相爆轰中添加含能微颗粒，如单质含能材料、金属粉末和固体推进颗粒等，或使用雾化后的航空煤油液滴作为燃料，以提高燃烧能量释放，从而提高推力成为了研究热点。因此，对单个含能微颗粒在爆轰波中的燃烧特性的测量是准确理解旋转爆轰发动机中含能微颗粒掺杂燃烧比例、方式的关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术针对现阶段缺乏对固体含能微颗粒在爆轰波作用下的燃烧特性进行研究的装置导致无法准确调控单个固体微颗粒位置、无法实现对固体微颗粒燃烧过程的精确成像的不足，提出一种光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统及方法，能够实现含能微颗粒在爆轰波、爆燃波与激波三种不同引燃方法下的原位燃烧特性测量，使用光镊技术控制微颗粒的悬浮，结合显微纹影高速摄像技术，实现单个微颗粒在爆轰波作用下的原位燃烧，为探究含能微颗粒的爆轰燃烧特性提供实验装置基础。
2、本专利技术是通过以下技术方案实现的：
3、本专利技术涉及一种光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，包括：依次相连的方管段和圆管段，其
4、所述的圆管段的末端优选进一步设有与混气系统相连的预爆管段。
5、所述的圆管段或预爆管段的末端优选设有高能点火器。
6、所述的方管段和圆管段之间优选设有双膜段以构成双膜激波管。
7、本专利技术涉及一种含能微颗粒在激波作用下的燃烧实验方法，采用包括依次相连的方管段和带有高能点火器的预爆管段的上述燃烧实验装置，通过光纤光镊系统捕捉微颗粒后，触发高能点火器和火焰速度探针，当火焰进入观察视窗中时产生爆燃波并引燃含能微颗粒，观测并采集爆燃波作用下的微颗粒燃烧过程。
8、本专利技术涉及一种光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验方法，采用包括依次相连的方管段、圆管段和带有高能点火器的预爆管段的上述燃烧实验装置，通过光纤光镊系统捕捉微颗粒后，触发高能点火器和火焰速度探针，观测并采集爆轰状态中的微颗粒燃烧过程。
9、本专利技术涉及一种光镊辅助下的含能微颗粒在爆燃波作用下的燃烧实验方法，采用包括依次相连的方管段、双膜段和圆管段的上述燃烧实验装置，通过光纤光镊系统捕捉微颗粒后，通过混气系统使得双膜段与圆管段之间的压差破坏双膜段中的膜片，以产生一道向方管段运动的激波并进入观察视窗引燃含能微颗粒，观测并采集爆燃波作用下的微颗粒燃烧过程。
10、技术效果
11、本专利技术通过光纤光镊与显微纹影成像系统，实现对单个或多个固体微颗粒的精准捕捉与燃烧过程成像；通过更换各个管段的组合方式，能够方便快捷地对对单个悬浮固体微颗粒在爆轰波作用下燃烧过程进行高速显微成像，避免了“颗粒-颗粒”之间的相互作用对燃烧光学诊断的不利影响，从而对旋转爆轰发动机中含能微颗粒掺杂燃烧比例、方式的提供更加深入的理解。同时考虑到爆轰是一种不稳定的燃烧形式，在有外流或几何外形扰动的情况下，爆轰波阵面会发生解耦，形成一道爆燃波与另一道激波。此时的微颗粒同样可能会在爆燃波或激波的作用下燃烧。为探究这两种爆轰波不稳定时的燃烧形式，本专利技术还可以通过更换爆轰管的几个管段，便捷地实现微颗粒在爆燃波与激波这两种不同引燃方法下的燃烧，测定不稳定爆轰模态下其燃烧特性与对整体燃烧效率的影响。
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1.一种光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征在于，包括：依次相连的方管段和圆管段，其中：爆轰管方管段上设有正对光纤光镊系统的一对观察视窗以及若干火焰速度探针，圆管段与混气系统相连，混气系统将目标比例的实验气体混入圆管段中，通过光纤光镊系统将一个或多个微颗粒固定在观察视窗中，使用图像观测系统观测微颗粒的燃烧过程，使用火焰速度探针对含能微颗粒加入后火焰速度变化进行记录；
2.根据权利要求1所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的圆管段的末端进一步设有与混气系统相连的预爆管段。
3.根据权利要求1所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的圆管段或预爆管段的末端设有高能点火器。
4.根据权利要求1所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的方管段和圆管段之间设有双膜段以构成双膜激波管。
5.根据权利要求1或2所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的混气系统包括：并联的分子真空泵、旋片式真空泵、燃气罐、氧气罐和氩气罐及其对应阀门，其中：圆管段
6.根据权利要求1所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的LED光源、高速CCD摄像机、高能点火器以及火焰速度探针优选均连接至同步触发器中，使得LED光源的频率与高速CCD摄像机摄像帧率保持一致，以获得最佳的拍摄效果。
7.一种基于权利要求1-6中任一所述系统的含能微颗粒在激波作用下的燃烧实验方法，其特征在于，采用包括依次相连的方管段和带有高能点火器的预爆管段的上述燃烧实验装置，通过光纤光镊系统捕捉微颗粒后，触发高能点火器和火焰速度探针，当火焰进入观察视窗中时产生爆燃波并引燃含能微颗粒，观测并采集爆燃波作用下的微颗粒燃烧过程。
8.一种基于权利要求1-6中任一所述系统的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验方法，其特征在于，采用包括依次相连的方管段、圆管段和带有高能点火器的预爆管段的上述燃烧实验装置，通过光纤光镊系统捕捉微颗粒后，触发高能点火器和火焰速度探针，观测并采集爆轰状态中的微颗粒燃烧过程。
9.一种基于权利要求1-6中任一所述系统的光镊辅助下的含能微颗粒在爆燃波作用下的燃烧实验方法，其特征在于，采用包括依次相连的方管段、双膜段和圆管段的上述燃烧实验装置，通过光纤光镊系统捕捉微颗粒后，通过混气系统使得双膜段与圆管段之间的压差破坏双膜段中的膜片，以产生一道向方管段运动的激波并进入观察视窗引燃含能微颗粒，观测并采集爆燃波作用下的微颗粒燃烧过程。
...【技术特征摘要】
1.一种光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征在于，包括：依次相连的方管段和圆管段，其中：爆轰管方管段上设有正对光纤光镊系统的一对观察视窗以及若干火焰速度探针，圆管段与混气系统相连，混气系统将目标比例的实验气体混入圆管段中，通过光纤光镊系统将一个或多个微颗粒固定在观察视窗中，使用图像观测系统观测微颗粒的燃烧过程，使用火焰速度探针对含能微颗粒加入后火焰速度变化进行记录；
2.根据权利要求1所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的圆管段的末端进一步设有与混气系统相连的预爆管段。
3.根据权利要求1所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的圆管段或预爆管段的末端设有高能点火器。
4.根据权利要求1所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的方管段和圆管段之间设有双膜段以构成双膜激波管。
5.根据权利要求1或2所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的混气系统包括：并联的分子真空泵、旋片式真空泵、燃气罐、氧气罐和氩气罐及其对应阀门，其中：圆管段与预爆管段上设有进出气接口并分别与该混气系统相连。
6.根据权利要求1所述的光镊辅助下的含能微颗粒的爆轰燃烧实验系统，其特征是，所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：张博，杨责重，程俊，胡杰辉，王晨阳，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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