[发明专利]含能离子燃料接触点火与掺混燃烧的试验装置及试验方法

说明书

本发明涉及一种含能离子燃料接触点火与掺混燃烧的试验装置及试验方法，装置包括喷雾射流模块，用于燃料和氧化剂的存储、驱动及雾化；压力燃烧模块，用于为燃料和氧化剂喷雾射流掺混引发的接触点火和燃烧提供场所和温度、压强及气氛条件；气氛控制模块，用于为压力燃烧室提供气源并控制压力燃烧室内部压强；燃烧诊断模块，用于对短时间内燃料和氧化剂喷雾射流掺混引发的自点火过程进行或/和对更长时间下掺混燃烧特性及性能调控效应进行在线监测；还包括数据采集模块，对燃烧诊断模块中的各种设备进行启停控制、参数调节和数据存储。本发明可用于有效开展燃料和氧化剂流动、反应和释能耦合特性及其综合调控效应的一体化研究。

技术领域

本发明涉及含能材料技术领域，尤其是一种含能离子燃料接触点火与掺混燃烧的试验装置及试验方法。

背景技术

含能离子液体燃料与特定氧化剂可以组合成新型的双组元液体推进剂，这种推进剂不仅像传统的肼类液体推进剂一样，通过燃料与氧化剂在一定温度、压力范围内接触而自行引发点火，同时还具备清洁、无毒、环保等一系列优良的环境特性，因此是极具应用潜力的“绿色”液体推进剂。为实现含能离子液体燃料与氧化剂在火箭发动机中的精确点火、充分燃烧和能量释放，需要对其接触点火与掺混燃烧过程的特性及其调控效应进行研究，以便科学地设计发动机结构，合理地组织燃烧。

由于双组元火箭发动机中燃料与氧化剂通常以喷雾射流的形式进行掺混，点火燃烧过程涉及高温、高压等环境条件，如何安全、可靠地模拟上述过程和条件成为设计相关试验装置需要克服的一项主要技术难点。此外，常规的双组元火箭发动机为半封闭结构，难以对燃料和氧化剂的接触点火与掺混燃烧过程进行可视化的在线监视和测量，如何对上述过程进行可视化的燃烧诊断也成为设计相关试验装置需要克服的又一项主要技术难点。

现有相关试验通常采用滴落试验装置(如文献《Green bipropellants:hydrogen-rich ionic liquids that are hypergolic with hydrogen peroxide[J].AngewandteChemie International Edition,2011,50(26):5886-5888.》)，将燃料或氧化剂之一以液滴形式滴入另一者的液池中，以实现接触点火与燃烧，这种试验装置及试验方法无法实现燃料与氧化剂射流的掺混，与其在发动机中的实际工作条件相差甚远，又因反应时间短，可采用的燃烧诊断手段也较为有限。因此，需要开发新的含能离子液体燃料和氧化剂含能离子燃料接触点火与掺混燃烧的试验装置及试验方法，以克服上述技术难点，满足使用需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种含能离子燃料接触点火与掺混燃烧的试验装置及试验方法，目的是通过燃料与氧化剂射流的掺混模拟发动机中的实际工作条件，精确地对燃料和氧化剂的接触点火与掺混燃烧过程进行可视化的在线监视和测量。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种含能离子燃料接触点火与掺混燃烧的试验装置，包括：

喷雾射流模块，包括两套喷雾射流组件，每套喷雾射流组件均包括依次连接的储液罐、增压泵和雾化喷嘴，每套喷雾射流组件分别用于燃料和氧化剂的存储、驱动及雾化；

压力燃烧模块，包括压力燃烧室，其与两套喷雾射流组件的雾化喷嘴连接，压力燃烧室上设有透红外玻璃视窗、加热装置、进气阀和出气阀，用于为燃料和氧化剂喷雾射流掺混引发的接触点火和燃烧提供场所和温度、压强及气氛条件；

气氛控制模块，包括气瓶，气瓶出口设有减压阀，减压阀与所述进气阀连接，用于为所述压力燃烧室提供气源并控制压力燃烧室内部压强；

燃烧诊断模块，包括高速红外测温仪、标准镜头高速摄影仪、显微镜头高速摄影仪、高分辨红外热像仪、高分辨光纤光谱仪、高分辨流场显示仪和广角镜头高速摄影仪七种设备，各设备通过透红外玻璃视窗对压力燃烧室内部进行监测；

所述七种设备构成两种不同的诊断单元：