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      一種普適于液體推進(jìn)劑點(diǎn)火的定容彈實(shí)驗(yàn)裝置

      文檔序號(hào):39609966發(fā)布日期:2024-10-11 13:19閱讀:65來源:國知局
      一種普適于液體推進(jìn)劑點(diǎn)火的定容彈實(shí)驗(yàn)裝置

      該發(fā)明涉及點(diǎn)火系統(tǒng),具體涉及一種普適于液體推進(jìn)劑點(diǎn)火的定容彈實(shí)驗(yàn)裝置,適用于自燃型推進(jìn)劑的對(duì)沖點(diǎn)火延遲計(jì)算,并且還可用于常規(guī)非自燃型推進(jìn)劑的層流火焰?zhèn)鞑ニ俣扔?jì)算等。


      背景技術(shù):

      1、隨著人類對(duì)太空探索的不斷深入和國內(nèi)外航天技術(shù)的快速發(fā)展,運(yùn)載火箭、空間飛行器和姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)也發(fā)展迅速。推進(jìn)劑不僅是運(yùn)載火箭、空間飛行器和姿軌控發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力來源,還是一個(gè)國家先進(jìn)航天技術(shù)和國防實(shí)力的綜合體現(xiàn)。現(xiàn)階段,對(duì)于航天推進(jìn)裝置,其使用的噴氣燃料必須適應(yīng)其相關(guān)結(jié)構(gòu),因此詳細(xì)掌握推進(jìn)劑燃料的燃燒動(dòng)力學(xué)模型就顯得尤為重要,而其中點(diǎn)火延時(shí)和層流火焰?zhèn)鞑ニ俣染褪瞧淙紵齽?dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證的關(guān)鍵指標(biāo)。

      2、目前傳統(tǒng)推進(jìn)劑的點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)一般要將其與氧化劑預(yù)混一段時(shí)間后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn),但是由于自燃型推進(jìn)劑活性高,極易發(fā)生反應(yīng)的特點(diǎn),如果仍然采用預(yù)混的傳統(tǒng)方法,則會(huì)發(fā)生爆炸、火災(zāi)等安全事故,對(duì)實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)人員產(chǎn)生較大的危害,因此對(duì)于自燃型推進(jìn)劑往往無法進(jìn)行可控的點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)。

      3、而對(duì)于自燃型推進(jìn)劑的點(diǎn)火實(shí)驗(yàn),武穎韜、孔祥東等學(xué)者發(fā)明的實(shí)驗(yàn)裝置將壓縮缸用鋁膜分為兩個(gè)腔室,通過活塞的壓縮對(duì)腔室內(nèi)的氣體進(jìn)行升溫和加壓從而使鋁膜破裂完成點(diǎn)火,只適用于點(diǎn)火延遲時(shí)間101–102ms量級(jí)的自燃型推進(jìn)劑,適用范圍有限。


      技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

      1、本發(fā)明的目的是提供一種普適于液體推進(jìn)劑點(diǎn)火的定容彈實(shí)驗(yàn)裝置,以解決現(xiàn)有研究自燃型推進(jìn)劑的點(diǎn)火延時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)存在的安全性問題、研究自燃型和非自燃型推進(jìn)劑時(shí)裝置不能通用問題。

      2、為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù),本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:

      3、一種普適于液體推進(jìn)劑點(diǎn)火的定容彈實(shí)驗(yàn)裝置,能實(shí)現(xiàn)自燃型推進(jìn)劑對(duì)噴燃燒實(shí)驗(yàn)的定容實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、非自燃型推進(jìn)劑燃燒實(shí)驗(yàn)的定容彈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的切換;

      4、當(dāng)所述裝置用作非自燃型推進(jìn)劑燃燒實(shí)驗(yàn)的定容彈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí),包括:

      5、燃燒室;燃燒室的上下兩端均設(shè)置有透明的視窗;

      6、點(diǎn)火系統(tǒng);點(diǎn)火系統(tǒng)包括點(diǎn)火電極,點(diǎn)火電極可拆卸地布置在所述燃燒室的內(nèi)壁上;

      7、觸發(fā)系統(tǒng);觸發(fā)系統(tǒng)包括同步觸發(fā)盒,點(diǎn)火電極受到同步觸發(fā)盒的控制;

      8、混氣罐;混氣罐內(nèi)存儲(chǔ)預(yù)混氣體,用于將預(yù)混氣體通過不銹鋼管路充入燃燒室;

      9、排氣系統(tǒng);排氣系統(tǒng)包括真空規(guī)及壓力表、真空泵,其中真空泵通過抽氣管連接燃燒室,用于將燃燒室內(nèi)抽為真空狀態(tài),抽氣管上安裝閥門;真空規(guī)及壓力表安裝在燃燒室上,用于實(shí)時(shí)監(jiān)測燃燒室內(nèi)的壓強(qiáng);

      10、信息采集系統(tǒng);信息采集系統(tǒng)包括紋影儀光源、平面鏡、水銀鏡、高速攝像機(jī)、放大器與采集卡、電子計(jì)算機(jī);

      11、紋影儀光源、平面鏡、水銀鏡配合燃燒室上的視窗構(gòu)成用于采集燃燒室內(nèi)部燃燒情況的光路,通過高速攝像機(jī)采集燃燒圖像并發(fā)送給電子計(jì)算機(jī)分析處理;放大器與采集卡用于對(duì)布置在燃燒室內(nèi)的壓力傳感器所檢測的壓力信號(hào)進(jìn)行采集與放大后上傳至電子計(jì)算機(jī);

      12、當(dāng)所述裝置用作自燃型推進(jìn)劑對(duì)噴燃燒實(shí)驗(yàn)的定容實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí),在上述結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上去掉點(diǎn)火系統(tǒng),并添加進(jìn)樣系統(tǒng);

      13、進(jìn)樣系統(tǒng)包括燃料氣罐、氧化劑氣罐、環(huán)境氣體罐以及對(duì)噴管道;一對(duì)所述對(duì)噴管道可拆卸地對(duì)稱布置在燃燒室的內(nèi)壁上,燃料氣罐、氧化劑氣罐分別通過管路與對(duì)噴管道連接,在管路上安裝電磁閥和流量計(jì),電磁閥受到同步觸發(fā)盒控制;同步觸發(fā)盒控制電磁閥打開時(shí),燃料氣罐中的燃料、氧化劑氣罐中的氧化劑分別通過對(duì)噴管道在燃燒室內(nèi)對(duì)噴燃燒,此時(shí)所述混氣罐被替換為環(huán)境氣體罐,向燃燒室內(nèi)提供環(huán)境氣體,以使燃燒室模擬真實(shí)燃燒環(huán)境。

      14、進(jìn)一步地,所述燃燒室是一個(gè)兩端開口的空心筒體結(jié)構(gòu)的定容彈,開口部分裝有石英玻璃窗口作為視窗,其中視窗用于在實(shí)驗(yàn)過程中配合光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

      15、進(jìn)一步地,當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)中的高速相機(jī)開始拍攝時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)并發(fā)送給同步觸發(fā)盒,同步觸發(fā)盒控制點(diǎn)火電極同時(shí)啟動(dòng),產(chǎn)生電火花以完成點(diǎn)火,或者:

      16、同步觸發(fā)盒控制燃料氣罐、氧化劑氣罐的管路上的電磁閥同時(shí)打開,利用對(duì)噴管道在燃燒室內(nèi)同步對(duì)噴。

      17、進(jìn)一步地,所述水銀鏡包括第一水銀鏡、第二水銀鏡,平面鏡包括第一平面鏡、第二平面鏡;第一水銀鏡置于燃燒室上部視窗的上方,第二水銀鏡置于燃燒室下部視窗的下方,第二水銀鏡與燃燒室的間距大于第一水銀鏡;第一平面鏡以及紋影儀光源分別位于下方水銀鏡的斜上方、側(cè)方;紋影儀光源產(chǎn)生的光線經(jīng)過第一平面鏡反射、第二水銀鏡反射后通過燃燒室下部的視窗進(jìn)入燃燒室內(nèi)部,并通過上部的視窗射出到第一水銀鏡上,然后通過第二平面鏡反射至高速攝像機(jī)的取景器中,從而使得高速攝像機(jī)能拍攝到燃燒室內(nèi)的燃燒過程;在實(shí)驗(yàn)過程中,利用高速相機(jī)拍攝燃燒過程并上傳電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行其火焰?zhèn)鞑ヌ匦苑治觥?/p>

      18、進(jìn)一步地,一對(duì)所述對(duì)噴管道在燃燒室應(yīng)沿燃燒室的徑向布置在同一條直線上,且保證對(duì)噴管道的出口端在燃燒室視窗的可視范圍內(nèi)。

      19、進(jìn)一步地,所述混氣罐與不銹鋼管路之間通過連接法蘭連接;當(dāng)進(jìn)行系統(tǒng)切換時(shí),可將混氣罐從連接法蘭上卸下,安裝環(huán)境氣體罐。

      20、進(jìn)一步地,所述燃燒室側(cè)壁上對(duì)稱設(shè)置一對(duì)安裝接口,安裝接口上可拆卸地設(shè)置替換法蘭,所述點(diǎn)火系統(tǒng)的點(diǎn)火電極通過替換法蘭安裝在燃燒室上;對(duì)應(yīng)地,所述進(jìn)樣系統(tǒng)中的一對(duì)對(duì)噴管道也是通過替換法蘭安裝在燃燒室上。

      21、進(jìn)一步地,所述裝置用作非自燃型推進(jìn)劑燃燒實(shí)驗(yàn)的定容彈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí),實(shí)驗(yàn)過程包括:

      22、步驟1,打開真空泵開始抽氣,在壓力表示數(shù)顯示為負(fù)值后先關(guān)閉閥門再關(guān)閉真空泵,保證燃燒室和管道內(nèi)的真空條件;

      23、步驟2,從混氣罐通入預(yù)混氣體,通過壓力傳感器檢測燃燒室內(nèi)部壓力使其達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)設(shè)值;

      24、步驟3,在調(diào)試光路后,開啟高速攝像機(jī)準(zhǔn)備錄像;通過利用同步觸發(fā)盒同時(shí)使點(diǎn)火電極放電,點(diǎn)燃內(nèi)部的預(yù)混氣體;

      25、步驟4,利用壓力傳感器采集的壓力變化數(shù)據(jù)和信息采集系統(tǒng)采集的燃燒過程圖像進(jìn)行分析和研究,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

      26、進(jìn)一步地,所述裝置用作自燃型推進(jìn)劑對(duì)噴燃燒實(shí)驗(yàn)的定容實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)時(shí),實(shí)驗(yàn)過程包括:

      27、步驟1,打開真空泵開始抽氣,在壓力表示數(shù)顯示為負(fù)值后先關(guān)閉閥門再關(guān)閉真空泵,保證燃燒室和管道內(nèi)的真空條件;

      28、步驟2,在調(diào)試好信息采集系統(tǒng)的情況下,開啟高速攝像機(jī)2準(zhǔn)備錄像;利用同步觸發(fā)盒打開連接燃料氣罐和氧化劑氣罐的電磁閥,觀察和記錄流量計(jì)數(shù)據(jù),并在燃燒結(jié)束后及時(shí)關(guān)閉電磁閥防止回火;

      29、步驟3,利用壓力傳感器采集的壓力變化數(shù)據(jù)和信息采集系統(tǒng)采集的燃燒過程圖像進(jìn)行分析和研究,得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

      30、與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有以下技術(shù)特點(diǎn):

      31、本發(fā)明的普適于液體推進(jìn)劑點(diǎn)火的定容彈實(shí)驗(yàn)裝置,可同時(shí)適用于自燃型和非自燃型推進(jìn)劑燃燒實(shí)驗(yàn)的定容彈實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),將自燃型和非自燃型推進(jìn)劑兩種不同類型的實(shí)驗(yàn)集中于一套實(shí)驗(yàn)裝置,且切換的方式方便、快捷;能夠大大降低實(shí)驗(yàn)所需成本,且對(duì)于自燃型推進(jìn)劑而言,更加安全且可以對(duì)于其點(diǎn)火延遲、燃燒特性等能做更進(jìn)一步的研究,能夠進(jìn)一步了解其反應(yīng)機(jī)理。

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