[发明专利]高压燃烧器实验系统及可视化高压燃烧器

说明书

一种高压燃烧器实验系统及可视化高压燃烧器，包括测控系统，可视化高压燃烧器，高速成像系统，激光点火系统以及高压气源与管路。可视化高压燃烧器采用自下而上的环形进气的方式，可以对视场内烟雾进行吹除，有效降低了推进剂燃烧烟雾的影响。同时可视化高压燃烧器上部设置与燃烧腔一体化贯通的稳压腔，通过竖直方向扩大燃烧腔容积可实现燃烧过程中的稳压，可以对烟雾有疏散作用，减小烟雾影响。实验时，手动调节可视化高压燃烧器顶部的排气阀可使进排气平衡从而及时排除烟雾。本发明的可视化高压燃烧器的底座采用铝合金旋式底座，可快速更换药条，大大提高了实验效率。

技术领域

本发明涉及固体推进剂燃烧诊断技术领域，尤其涉及一种用于研究固体推进剂燃烧参数的高压燃烧器实验系统及可视化高压燃烧器。

背景技术

固体火箭发动机具有结构简单、易于存储、使用维护方便、可快速响应等优势。在固体推进剂中添加金属燃烧剂一方面可以提高推进剂比冲，另一方面可以抑制燃烧不稳定。铝粉因其具有密度高、耗氧量低、燃烧能量高等优点而被广泛应用于固体推进剂，因此铝基固体推进剂广泛应用于各种导弹、火箭等武器装备。但由于固体推进剂前期发展主要为工程牵引，导致对于固体推进剂的燃烧机理研究相对滞后，从而制约了固体发动机的进一步发展。

目前，国内外对固体推进剂燃烧特性的研究，以铝基固体推进剂为例，主要基于高压燃烧器，一方面是基于密闭高压燃烧器，利用淬熄装置或产物收集槽对推进剂燃烧产物进行收集，进行凝聚相产物分析，另一方面主要是利用石英玻璃窗进行铝颗粒燃烧过程的动态研究。

目前关于铝基推进剂燃烧特性研究方法主要有基于密闭高压燃烧器的产物分析法、基于高速相机与开窗高压燃烧器的直拍法、利用数字全息与开窗高压燃烧器结合的全息法。

产物分析法的实验压强一般可以达到5MPa以上，但燃烧过程不可见，所得的产物属于燃烧的最终产物，导致粒径等参数偏大，缺乏对点火燃烧过程的理解认识，即使是淬熄法得到的凝聚相产物也受到淬熄距离和淬熄液的影响，同时不能揭示推进剂中金属颗粒熔融，聚集，团聚，微爆等动态过程。开窗高压燃烧器基本采用法兰结构密封承压，大量时间用在了重复又无益的拧螺母上，实验效率较低。

直拍法实现了燃烧过程的可视化，但是，目前直拍法基本上都是在5MPa（低于实际发动机工作压力）以下，压力方面有待进一步提高；高压下烟雾影响较大，使得颗粒成像质量低，增加颗粒识别误差；开窗高压燃烧器同样多采用螺母法兰结构进行密封承压，实验效率低。

全息法解决了高速相机景深小的问题，但其易受烟雾影响的劣势被放大，导致目前推进剂燃烧试验只能做到1MPa，实验压强和发动机实际工作压强有一定的差距；其次开窗高压燃烧器多以法兰结构进行承压密封，导致实验效率低。

发明内容

本发明基于固体推进剂细观燃烧实验，为了解决高压和烟雾等问题，提供一种可以观测在近发动机工作压强下的高压燃烧器实验系统及可视化高压燃烧器。本发明进一步提高了实验压强，并有效解决了高压烟雾问题，同时大大地提高了实验效率。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是：

高压燃烧器实验系统，包括可视化高压燃烧器、高速成像系统、激光点火系统、高压气源供应系统和测控系统；

可视化高压燃烧器包括燃烧室、稳压腔、进气装置、激光透镜、底座、可视窗，待试验固体推进剂药条置于底座上，底座可拆卸安装在燃烧室的下端，底座上的待试验固体推进剂药条伸入燃烧室内；所述燃烧室外围侧壁上设置有可视窗，燃烧室连通有进气装置，燃烧室上方设置有与燃烧室相通的稳压腔，稳压腔顶部连接顶部法兰，顶部法兰中间设置有激光透镜，激光透镜与顶部法兰之间密封设置，顶部法兰上方设置有安装板，安装板上开设有多个安装孔，各安装孔用于外接设备的安装，外接设备包括压力表、压力传感器、排气阀。压力表和压力传感器实时检测并获知燃烧室内的压力情况，排气阀可以用于烟雾的排放。

激光点火系统能够发射激光穿过激光透镜，入射到燃烧室内的待试验固体推进剂药条上对其点火。