[发明专利]带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统及杂质添加方法

说明书

本发明涉及一种模拟液体火箭发动机试验系统及方法，具体涉及一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统及杂质添加方法，解决模拟发动机真实高温、高压与高流速富氧燃气工作环境下，难以研究涡轮材料在有杂质冲刷条件下的耐温性能，导致发动机研制风险和成本高的技术问题。该带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，包括液氧供应模块、燃料供应模块与富氧燃气燃烧装置；液氧供应模块用于为富氧燃气燃烧装置供应氧化剂；燃料供应模块用于为富氧燃气燃烧装置供应燃料；杂质供应单元用于将待添加杂质通过液氧主管路输入富氧燃气燃烧装置。本发明杂质添加方法，可实现精准控制待添加杂质进入富氧燃气燃烧装置的速率，完成对待考核涡轮材料耐温性能的测试。

技术领域

本发明涉及一种模拟液体火箭发动机试验系统及方法，具体涉及一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统及杂质添加方法。

背景技术

针对采用液氧煤油作为推进剂的液体火箭发动机，为了获得发动机较高的比冲性能，同时避免发动机涡轮及燃气导管等组件积碳，发动机系统方案通常选择高压富氧补燃循环系统。该类型发动机工作过程中，由燃气发生器燃烧产生的富氧燃气首先驱动涡轮做功，之后经燃气导管进入推力室，再与煤油进行补燃燃烧。

为了进一步提高现有高压富氧补燃循环液氧煤油发动机的性能，需要尽量提高富氧燃气发生器的工作温度。目前正在研制的富氧补燃循环液氧煤油发动机的富氧燃气温度已接近于下游涡轮材料的着火温度。而发动机工作过程中，其贮箱内会存在少量杂质，杂质中小于发动机入口过滤器孔径的微小杂质会随推进剂进入到发动机中。根据相关研究，富氧燃气环境下的杂质会导致涡轮材料的着火温度大幅下降，存在烧蚀发动机的风险。因此，为了确保发动机工作可靠性，需要准确获得杂质对涡轮材料着火温度的具体影响程度。

由于杂质对涡轮材料着火温度的影响程度与燃气压力、温度、流速等有较大关系，为了准确获得相关数据，需要在发动机真实工作参数的环境下来开展相关研究。由于发动机整机试车成本很高，通常不会用于开展材料性能相关的考核试验。因此，为了降低发动机研制风险和成本，必须在整机试车前开展富氧燃气环境下杂质对涡轮材料耐温性能的影响研究。

现有技术中，尚未见能够在模拟发动机真实高温、高压与高流速富氧燃气工作环境下，研究涡轮材料在有杂质冲刷条件下耐温性能的相关技术问题的报道。

发明内容

本发明的目的是针对模拟发动机真实高温、高压与高流速富氧燃气工作环境下，难以研究涡轮材料在有杂质冲刷条件下的耐温性能，导致发动机研制风险和成本高的技术问题，而提供一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统及方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，包括液氧供应模块、燃料供应模块；其特殊之处在于：还包括富氧燃气燃烧装置；

液氧供应模块与富氧燃气燃烧装置连接，液氧供应模块用于为富氧燃气燃烧装置供应氧化剂；

燃料供应模块与富氧燃气燃烧装置连接，燃料供应模块用于为富氧燃气燃烧装置供应燃料；

液氧供应模块包括液氧输入管路、液氧主管路、杂质供应单元以及预冷回流单元；

液氧输入管路的一端通过液氧主阀与液氧主管路输入端口连接，液氧输入管路的另一端与外部液氧源连接；

液氧主管路的输出端口与富氧燃气燃烧装置连接；

杂质供应单元包括旁通液氧管路和杂质贮存管；杂质贮存管内沉积有待添加杂质；旁通液氧管路入口端与液氧输入管路的一端连接，旁通液氧管路出口端通过旁通氧阀和杂质贮存管的一端连接，杂质贮存管的另一端连接液氧主管路，且旁通液氧管路的入口端压力高于杂质供应单元的出口端压力，用于旁通液氧管路入口端与出口端形成压力差，使得液氧携带杂质贮存管中的待添加杂质进入液氧主管路，进而输入富氧燃气燃烧装置；

预冷回流单元用于为液氧输入管路与旁通液氧管路预冷。