[发明专利]一种喷嘴稳定性评定装置及评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于液体火箭发动机单个喷嘴稳定性评定和全尺寸发动机稳定性研究的试验装置和试验方法，特别是一种喷嘴稳定性评定装置及评价方法。

背景技术

随着航天探索竞争越来越激烈和人们意识的增强，迫切需要研究新型大推力火箭发动机。火箭发动机研制是一项重大系统工程，研制过程中会遇到许多困难，其中不稳定性燃烧是不可逾越的重大课题。

由于不稳定燃烧的复杂性一般在发动机研制初级阶段就要考虑燃烧稳定性因素。现有理论还无法完全解释不稳定燃烧的产生机理，需要通过试验验证完成发动机的稳定性评定。最理想办法是进行全尺寸发动机试验，得到的结果是最精确的，但要付出高昂的时间和金钱代价，在追求资金高效利用的今天往往是不可取的。另外，全尺寸发动机的试验条件非常恶劣，完整的试验数据的获取具有很大困难。

缩比发动机是对全尺寸发动机按住相似性原则得到的缩小尺寸发动机，由于尺寸较小，试验的时间金钱成本较低，在一定程度上能够代替全尺寸发动机进行试验，所以一般情况是采用缩比发动机进行试验，得到相关数据再推算到全尺寸发动机，从而减少研制资金和时间。同时，缩比性发动机由于尺寸小、室压低，更有利于获取更为详细的试验数据。

同时喷嘴是发动机的关键部件，对推进剂的混合、雾化蒸发过程具有决定性影响，因此发动机研制过程，喷嘴的设计尤为关键，需要进行数次的喷注试验。现有的模型燃烧室难以实现考察喷嘴对横向波的响应。但是实践证明不稳定燃烧往往是一阶切向振荡，因此喷嘴对横向波的燃烧稳定性评定变得尤为重要。所以非常有必要开发设计一种能够评定喷嘴横向振荡响应的试验装置及试验方法。因此本文所设计试验装置具有单喷嘴稳定性评定和全尺寸燃烧室横向振荡研究双重功能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种喷嘴稳定性评定装置，该喷嘴稳定性评定装置能提供一种片状的缩比燃烧室，用片状的缩比燃烧室的横向振荡模拟全尺寸燃烧室的横向振荡，从而较好的实现的喷嘴稳定性评定和燃烧室不稳定研究的综合。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种喷嘴稳定性评定装置，包括依次同轴设置的氧腔、氧管延长段、燃料腔、缩比燃烧室和喷管，且氧腔、氧管延长段、燃料腔、缩比燃烧室和喷管相互之间均为可拆卸连接；所述氧腔上设置有燃料入口和燃料管，所述氧管延长段和燃料腔内设置有挡油环，所述缩比燃烧室顶部设置有氧入口和氧管；所述燃料腔内从左至右依次设置有若干个可拆卸的喷嘴，其中，位于燃料腔中部的喷嘴为待评定双组元喷嘴，位于燃料腔两侧壁的喷嘴为双组元喷嘴；燃料腔的两侧壁至燃料腔的中部位置之间，还依次间隔设置有若干个单组元喷嘴和若干个双组元喷嘴；所述待评定双组元喷嘴和双组元喷嘴均与氧管和燃料管相连接，能同时喷射氧和燃料至缩比燃烧室内燃烧；所述单组元喷嘴仅与氧管或燃料管相连接。

所述氧腔和燃料腔内均设置有压力传感器和温度传感器。

所述缩比燃烧室内设置有若干个高频压力传感器。

所述高频压力传感器有9个，呈阵列式布置，即纵向等距布置3列，横向等距布置3行，其中第2列布置在缩比燃烧室的中部位置，第1列和第3列布置在靠近缩比燃烧室的两侧壁位置。

所述缩比燃烧室的收缩比、缩比燃烧室内的压力和流强均与全尺寸燃烧室相同。

所述缩比燃烧室上设置有石英玻璃。

位于所述石英玻璃窗内侧的缩比燃烧室内设置有气膜隔板。

本发明还提供一种喷嘴稳定性评定方法，该喷嘴稳定性评定方法能利用片状的缩比燃烧室的横向振荡，模拟全尺寸燃烧室的横向振荡，从而较好的实现的喷嘴稳定性评定和燃烧室不稳定研究的综合。

一种喷嘴稳定性的评价方法，包括如下步骤：

第一步，喷嘴安装：将燃料腔内位于中部的喷嘴更换为待评定双组元喷嘴，待评定双组元喷嘴的氧和燃料的供给管路处于关闭状态；在燃料腔的两侧壁安装双组元喷嘴，在燃料腔的两侧壁至燃料腔的中部位置，依次间隔布置若干个单组元喷嘴和若干个双组元喷嘴；将所有单组元喷嘴仅与氧管或燃料管相连接，并保持通气状态；将所有双组元喷嘴均与氧管和燃料管相连接。

第二步，每个双组元喷嘴中的氧气喷入和燃料螺旋液膜形成：氧气从氧入口喷入，燃料通过燃料入口，从燃料入口的切向孔喷入，经过第一步中与双组元喷嘴相连接的燃料管，在遇到挡油环后，形成螺旋液膜。

第三步，每个双组元喷嘴中氧和燃料的混合：第二步形成的螺旋液膜，在进入缩比燃烧室前，与氧气在缩进室内相混合。