[发明专利]高温多组分环境金属颗粒随流燃烧的模拟装置、使用方法

说明书

本发明公开了一种高温多组分环境金属颗粒随流燃烧模拟装置，包括上下连接的燃气通道段和燃气发生器；燃气通道段为上端封闭、下端敞口的中空壳体，由上到下包括等直段和扩张段；燃气发生器为一底部封闭的中空壳体，上部与燃气通道段的下端相连接，且内部相连通；燃气发生器内同轴套设有一药模，药模为一上部敞口的中空壳体，壳体内用于放置推进剂或者混有颗粒样本的推进剂。在燃气通道段的等直段的中部壳体上、且位于两个相对的侧面设置为玻璃窗口；在其中一玻璃窗口侧设置有高速相机。使用该模拟装置，颗粒样本可冷态喷注或热态燃面注入，其提供的高温多组分流动环境与发动机真实燃烧流场更加接近，可以观测金属颗粒随流点火燃烧过程。

技术领域

本发明属于金属颗粒随流燃烧技术领域，具体涉及高温多组分环境金属颗粒随流燃烧模拟装置、使用方法。

背景技术

金属颗粒具有较高的体积能量密度，优秀的点火性能和燃烧性能，是一种理想的能量添加剂，广泛应用于航天推进领域。自上世纪50年代作为高能释热组分加入到固体推进剂配方以来，金属颗粒反应特性逐步受到研究者的关注。金属颗粒的点火、燃烧特性以及机理一直是推进技术研究的热点。由于研究侧重点不同，研究者们在设计实验方法时往往具有较大差别。当前颗粒研究的实验系统分类主要包括：同步热分析仪、平焰燃烧炉、定容燃烧器、丝线反应器、激光点火器、激波管、高温炉等。

上述颗粒燃烧模拟装置多是基于静止条件，或者简单的流动条件，环境温度和压力与发动机火箭差别较大，对燃气环境的组分的模拟也相对简单，这使得研究环境与真实情况具有较大差别。对于固体火箭发动机和粉末火箭发动机，金属颗粒燃烧环境多为氧化剂分解产物、金属颗粒以及少量有机改性材料混合燃烧产生的高温、高压、多组分流动燃气。在金属颗粒研究过程中，现有的颗粒燃烧器尚无法满足模拟近似真实燃气环境的要求。因此，研究获得一套既能模拟近似真实环境，又便于燃烧控制和诊断的金属颗粒燃烧装置是十分必要的。

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，提供一种高温多组分环境金属颗粒随流燃烧模拟装置、使用方法，使用该模拟装置，颗粒可冷态喷注或热态燃面注入，其提供的高温多组分流动环境与发动机真实燃烧流场更加接近，可以观测金属颗粒随流点火燃烧过程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，高温多组分环境金属颗粒随流燃烧模拟装置，包括上下连接的燃气通道段和燃气发生器；燃气通道段为上端封闭、下端敞口的中空壳体，由上到下包括等直段和扩张段；燃气发生器为一底部封闭的中空壳体，上部与燃气通道段的下端相连接，且内部相连通；燃气发生器内同轴套设有一药模，药模为一上部敞口的中空壳体，壳体内用于放置推进剂或者混有颗粒样本的推进剂。

在燃气通道段的等直段下部壳体上连接有一送样气缸，送样气缸与燃气通道段的内部相连通，其内盛装有冷态颗粒样本，用于朝向燃气通道段内注入冷态颗粒样本；在燃气通道段底部壳体上开设有多个通孔，用于外部气源进入；在燃气通道段的等直段的中部壳体上、且位于两个相对的侧面设置为玻璃窗口；在其中一玻璃窗口侧设置有高速相机。

还包括一采集与控制电脑，与高速相机相连接，用于接收高速相机的图片信息。

进一步地，在燃气通道段的等直段上部壳体上连接有一产物收集气缸，用于粘附收集颗粒燃烧混合物。

进一步地，在燃气发生器内的上部设置有一水平状的挡药板，挡药板的侧面与燃气发生器的内侧壁紧密贴合，在挡药板上布设有多个轴向的燃气通孔，用于推进剂燃烧后的气体通过。

进一步地，在挡药板和药模间、且位于药模的正上方设置有一扰流板，扰流板的径向尺寸小于药模开口。

进一步地，在药模与燃气发生器间的空间内、且沿轴向间隔设置有多层相平行的水平向的整流板，各整流板的内外侧面与对应的药模或燃气发生器的侧壁紧密贴合连接；各整流板均布设有多个轴向的气体通孔。

进一步地，由下到上，多个整流板的厚度依次由厚变薄，气体通孔分布密度逐渐增加。