[發(fā)明專利]一種帶觀察窗的固體推進劑高壓燃燒特性參數(shù)測量設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810587635.4
• 申請日: 2018-06-08
• 公開（公告）號: CN108593837A
• 公開（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張和平;曹承陽;陸松;張丹
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號: G01N31/12
• 分類號: G01N31/12;G01N21/84
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 楊學(xué)明;顧煒

本發(fā)明公開了一種帶觀察窗的固體推進劑高壓燃燒特性參數(shù)測量設(shè)備。該設(shè)備包括：高壓氣瓶組、減壓閥、電子流量計、點火器、帶觀察窗高壓燃燒室、緩沖罐、背壓閥、高速攝像機、濾光片、數(shù)顯面板、數(shù)據(jù)采集模塊與計算機。其中帶觀察窗高壓燃燒室又包含殼體、觀察窗、溫度傳感器、壓力傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明可同步測量定壓下固體推進劑的燃燒速度、燃燒溫度、最高燃燒溫度等參數(shù)的變化，即時獲取燃燒火焰形態(tài)特征，確認壓力對燃燒過程的影響，為固體推進劑的高壓燃燒機理研究提供實驗支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體推進劑燃燒特性參數(shù)測量領(lǐng)域，特別涉及一種帶觀察窗的固體推進劑高壓燃燒特性參數(shù)測量設(shè)備。

背景技術(shù)

現(xiàn)行常用的固體推進劑測速方法主要包括密閉爆發(fā)器測試法和靶線測試法，其具體步驟分別描述在《GJB/J 3345-1998火藥密閉爆發(fā)器測試系統(tǒng)檢定規(guī)程》和《GJB 770A-97-706燃速靶線法》中。前者通過對測得的壓力-時間數(shù)據(jù)進行處理，可計算得到藥劑在不同壓力下的燃速，但由于計算方法和高溫高壓燃氣的影響，計算結(jié)果往往需要進行修正，加大了測量過程的難度，降低了數(shù)據(jù)可靠性。后者通過將包覆的推進劑藥條試樣鉆孔穿入多根靶線，在規(guī)定壓力下引燃藥柱，測定試驗燃燒時經(jīng)過相鄰靶線時所需的時間差，進而計算器求得燃速，這種方法由于固體推進式燃燒時產(chǎn)生的固體殘渣極易飛濺提前觸及靶線，造成計算錯誤。

現(xiàn)在開展的固體推進劑燃燒特性參數(shù)研究工作越來越多的深入到燃燒機理的研究，這對固體推進劑燃燒時物理燃燒模型的構(gòu)建提出了更高的要求，因此，需要更準確的測量固體推進式在指定壓力下的燃燒速度、燃燒溫度等相關(guān)燃燒特性參數(shù)。同時，燃燒波火焰形態(tài)特征也逐漸成為表征燃燒表面反應(yīng)過程的重要參數(shù)。現(xiàn)有的燃燒特性參數(shù)測量設(shè)備由于測試方法原理的局限性，往往不能兼具兩方面的需求。

發(fā)明內(nèi)容

為了滿足現(xiàn)階段固體推進劑燃燒特性參數(shù)研究的需求，本發(fā)明提出了一種帶觀察窗的固體推進劑高壓燃燒特性參數(shù)測量設(shè)備。本發(fā)明基于對高速攝像機采集的固體推進劑燃燒畫面進行圖像處理，可以解決目前固體推進劑高壓燃燒特性參數(shù)測量設(shè)備存在的問題。

本發(fā)明針對固體推進劑燃燒過程燃速測量結(jié)果不直觀、精度低、可靠性低的問題。本發(fā)明設(shè)計了一種壓力恒定的帶視窗的高壓燃燒室，采用帶濾光片的高速攝像機，同步拍攝固體推進劑藥柱從點燃到燃盡過程中燃燒表面的蔓延過程，后期經(jīng)過對圖形進行二值化處理后可以計算得到指定壓力下固體推進劑的燃燒速度。

本發(fā)明針對固體推進劑燃燒過程中無法同步測量燃燒表面溫度的問題。本發(fā)明設(shè)計了一種熱電偶安裝結(jié)構(gòu)，選用彈性好，直徑為1mm的熱電偶，在藥柱支架上加裝緊固彈簧并連接在底部測溫?zé)犭娕贾卸危_保該熱電偶測量段能持續(xù)貼在固體推進劑燃燒表面進行測量。

本發(fā)明針對固體推進劑燃燒過程中煙氣在燃燒室頂部聚集的問題。本發(fā)明解決方案如下：一、在燃燒室底部設(shè)置吹掃氣進氣口，通過氮氣吹掃將煙氣排出燃燒室；二、設(shè)計了流線型集煙罩并安裝在燃燒室頂部，確保煙氣不在燃燒室內(nèi)擴散并順利沿頂部排出；三、在出氣口前段設(shè)置了一個緩沖罐，加快煙氣排出速度并減小壓力波動。

本發(fā)明針對吹掃氣在吹掃固體推進劑燃燒過程中生成的煙氣時會對燃燒波火焰結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響的問題。本發(fā)明在對吹掃氣進氣口進行了設(shè)計，吹掃氣進氣口設(shè)置在燃燒室底部，數(shù)量不小于4個，直徑為3cm,沿藥柱中心水平距離15cm處對稱分布，吹掃氣進氣口前端安裝了電子流量計，設(shè)定吹掃氣流量為50L/min。

本發(fā)明針對藥劑燃燒生成的氣體產(chǎn)物在固體推進劑定壓燃燒過程中產(chǎn)生壓力波動的問題。本發(fā)明在出氣口處設(shè)置了背壓閥。將背壓閥參數(shù)設(shè)置為所需燃燒室壓力，當(dāng)固體推進劑燃燒產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物引起了燃燒室壓力波動時，多余的氣體將與吹掃氣一起通過背壓閥后排出，進而確保容器內(nèi)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值。

本發(fā)明針對可能產(chǎn)生的燃燒固體顆粒產(chǎn)物造成的管道堵塞問題。本發(fā)明在燃燒室頂部安裝了過濾絲網(wǎng)，選用的過濾絲網(wǎng)為不銹鋼材質(zhì)，目數(shù)為50，形狀為錐形，錐角為120度。