[发明专利]富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种液体火箭发动机地面试验装置及试验方法，具体涉及一种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置及试验方法，目的是为了解决现有技术采用的常温推进剂、地面试验装置及试验方法无法筛选出结构可靠、燃烧性能优的富氧富甲烷气气喷注单元的技术问题。富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置包括富甲烷燃气发生器、富氧燃气发生器和气气喷注单元试验组件；采用一定温度、组分和压力的推进剂，相比常温推进剂可以较大程度模拟推力室中气气喷注单元燃烧特性；选取合适喉部直径的喉道降低试验件燃烧室室压，从而大幅降低高压试验的安全风险。基于上述装置，本发明还提供一种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验方法。

技术领域

本发明涉及一种液体火箭发动机地面试验装置及试验方法，具体涉及一种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置及试验方法。

背景技术

全流量补燃循环技术是21世纪可重复使用液体火箭发动机技术的重要发展方向。甲烷具有易于制造、重复使用性能好等特点，被选为全流量补燃循环火箭发动机的重要推进剂。

液氧甲烷全流量补燃循环发动机和传统发动机的一个区别在于：其推力室中，燃料和氧化剂分别为高温富甲烷燃气(温度600～1200K，且CH₄(g)含量50%)和高温富氧燃气（温度400～1000K，O₂(g)含量70%），这两种气体在气气喷注器的作用下以一定的流量和混合比进入喷注燃烧室混合和燃烧，从而产生高温高压燃气，完成能量转化，产生推动力。

气气喷注单元是气气喷注器最小的燃烧组织单元。在液氧甲烷全流量补燃循环发动机推力室工作状态下，燃烧室为高压环境（压力值≥20MPa），所以气气喷注单元的设计在很大程度上决定了推力室的性能和可靠性。因此，在液氧甲烷全流量补燃循环发动机的研制过程中，需要开展气气喷注单元点火试验，筛选出结构可靠、燃烧性能好的气气喷注单元。

在现有技术中，通常采用常温推进剂、现有地面试验装置和试验方法进行富氧富甲烷气气喷注单元的筛选试验，但其无法模拟液氧甲烷全流量补燃循环发动机推力室在真实工作状态下的高室压、推进剂的温度和组分，导致气气喷注单元的燃烧特性差别较大；同时，在地面试验中模拟液氧甲烷发动机推力室的高室压，试验难度高且危险系数大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术采用的常温推进剂、地面试验装置及试验方法无法筛选出结构可靠、燃烧性能优的富氧富甲烷气气喷注单元的技术问题，而提供一种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置及试验方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术解决方案如下：

一种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置，其特殊之处在于：包括富甲烷燃气发生器、富氧燃气发生器和气气喷注单元试验组件。

所述富甲烷燃气发生器包括依次连接的富甲烷燃烧室、第一节流孔板以及第一外接接口；富甲烷燃烧室的左端头上分别安装第一点火器、第一甲烷气入口以及第一氧气入口。

所述富氧燃气发生器包括依次连接的富氧燃烧室、第二节流孔板以及第二外接接口；所述富氧燃烧室的右端头上分别安装第二点火器、第二甲烷气入口以及第二氧气入口。

所述气气喷注单元试验组件包括头部、固定法兰、身部以及喉道。

所述头部包括主管道、设置在主管道侧部的燃料入口法兰和氧化剂入口法兰、设置在主管道上的燃料路喷前压力监测装置和氧化剂路喷前压力监测装置、设置在主管道燃气输出端的外接法兰，以及设置在主管道上并位于燃料入口法兰与氧化剂入口法兰之间的头部隔板；其中燃料路喷前压力监测装置和燃料入口法兰位于头部隔板的下侧，靠近主管道的燃气输出端，氧化剂路喷前压力监测装置和氧化剂入口法兰位于头部隔板的上侧，远离主管道的燃气输出端。

所述头部隔板中间开设有与气气喷注单元试验件上端外径相适配的通孔；