[發明專利]一種高頻高幅值反壓振蕩霧化實驗裝置

有效

• 申請號: 201610858912.1
• 申請日: 2016-09-28
• 公開（公告）號: CN106540824B
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 楊岸龍;楊尚榮;費俊;李龍飛
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: B05B7/04
• 分類號: B05B7/04;G09B25/00
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

本發明公開了一種適用于高頻率高幅值反壓振蕩霧化實驗裝置。實驗裝置包括一個設有玻璃觀察窗的反壓艙和擾動裝置，反壓艙頭部安裝有噴嘴；在頭部周圍靠近反壓艙壁面布置有進氣口，空氣從此處進入反壓艙；反壓艙出氣口采用環帶、多扇形設計，包括固定圓盤和轉動圓盤，轉動圓盤的中心軸通過聯軸器與外部電機相連，帶動轉動圓盤旋轉，與固定圓盤配合使喉部面積發生周期性變化，從而在反壓艙中產生周期性壓力振蕩。將需研究的推進劑或推進劑模擬液通過相應噴嘴注入反壓艙，并通過位于玻璃觀察窗前的光學設備觀測并記錄該工質在不同頻率和幅值反壓振蕩環境下的動態霧化過程。成功進行了以水為模擬液的噴嘴的動態霧化特性研究。

技術領域

本發明屬于液體推進劑噴霧技術領域，具體是一種高頻高幅值反壓振蕩霧化實驗裝置，用于高頻率高幅值反壓振蕩環境下推進劑或液體燃料的動態霧化特性研究。

背景技術

液體推進劑霧化是液體火箭發動機燃燒的前提。霧化過程中的液膜破碎長度、液滴尺寸分布和液滴運動軌跡等基本上決定了燃燒過程、燃燒效率和燃燒穩定性。已有的研究結果表明，燃燒室中的壓力振蕩會對液體推進劑的霧化過程產生影響，改變霧化特性，形成一種動態霧化。這種動態霧化反過來在一定條件下又會與燃燒過程發生耦合，觸發液體動力系統燃燒不穩定或加劇其幅度。因此，研究燃燒室壓力(簡稱反壓)擾動條件下噴嘴的霧化特性對于理解燃燒不穩定性的激勵機理、機制具有非常重要意義。

目前國際上對于反壓振蕩環境下的動態霧化研究，多采用揚聲器產生壓力振蕩。由于揚聲器功率的限制，反壓艙的壓力振蕩頻率和幅值都較小，遠小于發動機發生燃燒不穩定時的壓力振蕩頻率和幅值，不能真實地模擬發動機發生燃燒不穩定時的環境條件。因此，需要建立一種產生高頻率、高幅值、反壓振蕩環境的裝置和方法，為揭示形成周期性霧化的一般規律，探討噴嘴周期性霧化特性與液體火箭發動機燃燒不穩定性之間的內在聯系提供基礎實驗數據和理論支持。

發明內容

針對背景技術中的問題，本發明提供一種反壓艙振蕩頻率和幅值可調并且能夠實時觀測和記錄反壓艙內噴嘴動態霧化過程的實驗裝置。

本發明的基本原理是：

反壓振蕩會周期性的改變噴嘴的噴注壓降，進而改變噴注速度，產生速調管效應，最終形成周期性、大尺度、高密度的液滴團。本發明提供的高頻高幅值反壓振蕩裝置的原理是向反壓艙一端不間斷地通入空氣，另一端周期性地改變出氣口面積，從而在反壓艙內產生周期性的壓力振蕩。推進劑或模擬液通過相應的噴嘴形式注入反壓艙內進行霧化，在反壓艙側面設置玻璃觀察窗，配以光學設備，捕捉噴射、霧化過程的信息，以實現對高頻高幅值反壓振蕩環境下霧化過程的觀測和研究。

本發明的具體技術方案是：

本發明提供了一種高頻高幅值反壓振蕩霧化實驗裝置，包括反壓艙，安裝在反壓艙進氣口的頭部、安裝在反壓艙出氣口的擾動裝置、安裝在反壓艙側壁上的光學玻璃、光學觀察設備以及與光學觀察設備連接的計算機；

頭部的側壁上開設有多個空氣入口以及多個推進劑入口；頭部中央安裝噴嘴，所述噴嘴與推進劑入口連通；

擾動裝置包括殼體、轉動圓盤、固定圓盤、轉動軸以及驅動電機；轉動軸一端伸出殼體外連接驅動電機，另一端伸入到殼體內安裝轉動圓盤；反壓艙的出氣口內安裝固定圓盤；

轉動圓盤和固定圓盤上均沿圓周方向均勻開設多個通氣小孔；

光學觀察設備位于光學玻璃前用于觀察反壓艙內推進劑的霧化過程和記錄反壓艙內推進劑的霧化過程的數據；

計算機接收光學觀察設備記錄的數據用于處理分析動態霧化特性。

上述反壓艙進氣口流通面積為反壓艙橫截面面積的17％；反壓艙出氣口最大流通面積為反壓艙橫截面面積的17％-22％。

上述通氣小孔為扇形結構。