[发明专利]一种固体推进剂凝相燃烧产物的收集装置及收集方法

说明书

本发明公开了一种固体推进剂凝相燃烧产物的收集装置及收集方法，包括燃烧室组件，燃烧室组件包括燃烧室壳体，燃烧室壳体的内部空腔由上下两个相连通的圆柱形组成，且上圆柱形的直径小于下圆柱形的直径；下圆柱形空腔底部密封安装有下封盖，下圆柱形空腔用于盛放黄油冷却剂；在上圆柱形空腔内滑动安装有活塞，活塞的上方固定安装有连杆，连杆用于带动活塞上下运动；上圆柱形空腔内、位于活塞下方的空间、用于放置药柱，该药柱的下端面为燃面；连杆向下运动的速度满足：在药柱燃烧过程中，使药柱燃面与黄油冷却剂表面的距离保持为一定值。该装置可以调节燃面距收集界面的距离，使燃面始终维持在恒定位置。

技术领域

本发明属于固体火箭技术领域，具体涉及一种固体推进剂凝相燃烧产物的收集装置及收集方法。

背景技术

为提高固体推进剂的比冲，增加推进剂的能量密度，抑制燃烧不稳定现象，通常推进剂组分中含有18％左右的铝粉。固体推进剂凝相燃烧产物主要为Al及其氧化产物Al2O3颗粒，凝相燃烧产物降低发动机比冲、加剧绝热层烧蚀、加剧熔渣沉积和影响发动机燃烧稳定性。通过试验收集凝相燃烧产物，对其进行粒度、形态和理化分析，能够获得铝颗粒在推进剂燃面处的团聚特性以及铝颗粒离开燃面后的演化机制和燃烧过程。

密闭容器法是凝相燃烧产物收集最常用的方法，国内外用此方法进行了大量的凝相产物收集试验。Glotov设计了一种推进剂凝相产物收集装置，该装置由两个高压容器组成，外部的吹除容器和内部的薄壁圆筒容器，推进剂固定在安装座上，安装座通过三根针杆固定在盖板上，盖板安装在薄壁圆筒上部，吹除容器上部的进气阀和下部的排气阀使容器内维持恒定的压力，凝相燃烧产物通过周围的氮气流冷却，通过薄壁圆筒容器下部的金属丝网和气溶胶过滤器对凝相粒子进行过滤收集。西北工业大学的燃烧、流动和热结构国家级重点实验室现有的推进剂凝相燃烧产物收集装置是由燃烧室和粒子收集容器两部分组成，装有推进剂的燃烧室置于安装在收集装置上部，通过收集容器内的水来冷却凝相产物，容器底部安装的排水泄压流量控制装置使容器内维持恒定的压力。试验结束后收集悬浊液凝相产物，然后通过沉降、富集、除杂和烘干等工艺过程获得凝相产物颗粒。

通过调研发现现有的推进剂凝相燃烧产物收集装置及收集方法均存在如下问题：(1)Glotov采用的气冷方式，冷却效率低导致冷却行程较长。西北工业大学采用的水冷方式会使气化的水蒸气会参与铝颗粒的氧化反应。酒精、丙酮和液氮冷却方式存在挥发性太强的问题。(2)推进剂燃面位置无法固定，导致随着燃面退移，燃面距收集界面的距离逐渐增大，获得试验数据无法说明流动过程对铝颗粒燃烧的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种固体推进剂凝相燃烧产物的收集装置及收集方法，可以调节燃面距收集界面的距离，使燃面始终维持在恒定位置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种固体推进剂凝相燃烧产物的收集装置，包括燃烧室组件，燃烧室组件包括燃烧室壳体，燃烧室壳体的内部空腔由上下两个相连通的圆柱形组成，且上圆柱形的直径小于下圆柱形的直径；下圆柱形空腔底部密封安装有下封盖，下圆柱形空腔用于盛放黄油冷却剂；在上圆柱形空腔内滑动安装有活塞，活塞的上方固定安装有连杆，连杆用于带动活塞上下运动；上圆柱形空腔内、位于活塞下方的空间、用于放置药柱，该药柱的下端面为燃面；连杆向下运动的速度满足：在药柱燃烧过程中，使药柱燃面与黄油冷却剂表面的距离保持为一定值。

进一步地，在燃烧室壳体上设置有与其内部相通的充气接头和排气接头，充气接头与外部气源相连通，用于向药柱燃面与黄油冷却剂表面间的空腔内充入气体；充气接头用于排出燃气。

进一步地，在燃烧室壳体上安装有点火接头，点火接头用于点燃药柱。

进一步地，在燃烧室壳体的上段为一敞口的上封盖，连杆的端部穿过上封盖，上封盖内腔上段为直径缩小的环形肩台，连杆的中部设置有环形凸台，所述凸台用于：在连杆向上运动时，卡在环形肩台上，以限制连杆向上运动的距离。