[发明专利]固体推进剂百微米级铝燃烧颗粒三维气相火焰测量方法

说明书

本发明公开了固体推进剂百微米级铝燃烧颗粒三维气相火焰测量方法，包括如下步骤：步骤一、含铝固体推进剂点燃前，采集含铝固体推进剂九个方向的成像图像。获得每个成像图像对应的精确投影角度。步骤二、含铝固体推进剂点燃后，采集含铝固体推进剂动态燃烧过程中火焰的九个角度的动态成像图像。步骤三、选取重建区域，得到截取后的单个铝颗粒燃烧气相火焰的图像。步骤四、对截取后的目标火焰的图像进行点云重建，得到初始的三维数字矩阵，ART迭代，得到铝颗粒燃烧火焰三维空间分布的矩阵。采用该方法得到了在含铝固体推进剂燃烧环境下单个百微米级铝颗粒燃烧火焰的三维形貌和火焰的三维动态变化过程。

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体涉及固体推进剂百微米级铝燃烧颗粒三维气相火焰测量方法。

背景技术

在固体火箭发动机的燃烧室中，复合推进剂发生剧烈燃烧，反应过程非常复杂，而铝在其中是最主要的释能成分。近年来，针对含铝推进剂凝相燃烧产物状态、燃烧过程中铝颗粒及团聚的空间分布和粒度分布等燃烧特性，国内外开展了大量研究。铝颗粒燃烧火焰，作为其释热特性的最直接表征之一，火焰能够对燃烧的本质进行反映，因此燃烧理论以及先进燃烧设备的发展，都需要对火焰结构进行更加精细全面的研究。

传统的在针对铝颗粒和铝颗粒火焰的燃烧诊断研究中，往往都是二维诊断。对于铝颗粒火焰，二维光学诊断相当于其化学信号在该拍摄方向上叠加的投影，难以分辨出铝颗粒火焰内部的光强分布和温度变化。而且由于化学发光信号难以准确量化，并且在温度，压力，当量比和应变速率方面已经广泛研究了其适用范围，因此在所有限制中，缺乏三维空间分可分辨性已成为化学发光的燃烧诊断技术的重要限制。由于各种原因(多尺度、多参数、光路复杂、硬件限制)，3D燃烧诊断技术一直是一个巨大的挑战。

而现有的针对火焰的三维燃烧诊断中，实验研究的研究对象多是碳氢燃料，且火焰透明干净，火焰的尺度也比较大，大小在几厘米到几十厘米，这样的实验研究是无法应用在固体推进剂燃烧中。而针对固体推进剂铝燃烧颗粒的三维火焰形貌和释热特性等诊断技术研究的较少。针对固体推进剂中铝燃烧颗粒的百微米级微观尺度三维火焰诊断技术还未见诸报道。

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，提供固体推进剂百微米级铝燃烧颗粒三维气相火焰测量方法，得到了在含铝固体推进剂燃烧环境下单个百微米级铝颗粒燃烧火焰的三维形貌和火焰的三维动态变化过程，获得了每个截面上的氧化铝微团的分布和运动过程。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，固体推进剂百微米级铝燃烧颗粒三维气相火焰测量方法，该测量方法包括如下步骤：

步骤一、含铝固体推进剂点燃前，采集含铝固体推进剂九个方向的成像图像，九个图像以3×3的方式阵列并记录。

利用点云重建方法对含铝推进剂九个方向的成像角度进行校准，获得每个成像图像对应的精确投影角度。

步骤二、含铝固体推进剂点燃后，采集含铝固体推进剂动态燃烧过程中火焰的九个角度的动态成像图像；九个图像以3×3的方式阵列并记录。

步骤三、将3×3的图像分割成9张图像，选取每张图像中均清晰的待研究火焰的颗粒为中心，以火焰的最大长度和宽度的均为1.5倍选取重建区域，得到截取后的单个铝颗粒燃烧气相火焰的图像，即目标火焰的图像。

步骤四、对截取后的目标火焰的图像进行九个方向的点云重建，得到一个初始的三维数字矩阵，作为ART迭代的初始矩阵，并将步骤一中的精确投影角度代入到ART迭代中，得到铝颗粒燃烧火焰三维空间分布的矩阵，获得铝颗粒燃烧气相三维火焰形貌。

进一步地，该步骤一和步骤二中采集时使用的为三维气相火焰测量系统，三维气相火焰测量系统包括：九个物镜，用于环绕于推进剂的一周间隔排布，且以推进剂为中心，各物镜的头端均朝向推进剂，用于将推进剂火焰自发光进行第一次成像，并投影。