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

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810587635.4
• 申請(qǐng)日: 2018-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108593837A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張和平;曹承陽(yáng);陸松;張丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N31/12
• 分類號(hào): 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(kāi)了一種帶觀察窗的固體推進(jìn)劑高壓燃燒特性參數(shù)測(cè)量設(shè)備。該設(shè)備包括：高壓氣瓶組、減壓閥、電子流量計(jì)、點(diǎn)火器、帶觀察窗高壓燃燒室、緩沖罐、背壓閥、高速攝像機(jī)、濾光片、數(shù)顯面板、數(shù)據(jù)采集模塊與計(jì)算機(jī)。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(cè)量定壓下固體推進(jìn)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(shí)獲取燃燒火焰形態(tài)特征，確認(rèn)壓力對(duì)燃燒過(guò)程的影響，為固體推進(jìn)劑的高壓燃燒機(jī)理研究提供實(shí)驗(yàn)支撐。

技術(shù)領(lǐng)域

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

背景技術(shù)

現(xiàn)行常用的固體推進(jìn)劑測(cè)速方法主要包括密閉爆發(fā)器測(cè)試法和靶線測(cè)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(cè)試系統(tǒng)檢定規(guī)程》和《GJB 770A-97-706燃速靶線法》中。前者通過(guò)對(duì)測(cè)得的壓力-時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可計(jì)算得到藥劑在不同壓力下的燃速，但由于計(jì)算方法和高溫高壓燃?xì)獾挠绊懀?jì)算結(jié)果往往需要進(jìn)行修正，加大了測(cè)量過(guò)程的難度，降低了數(shù)據(jù)可靠性。后者通過(guò)將包覆的推進(jìn)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(cè)定試驗(yàn)燃燒時(shí)經(jīng)過(guò)相鄰靶線時(shí)所需的時(shí)間差，進(jìn)而計(jì)算器求得燃速，這種方法由于固體推進(jìn)式燃燒時(shí)產(chǎn)生的固體殘?jiān)鼧O易飛濺提前觸及靶線，造成計(jì)算錯(cuò)誤。

現(xiàn)在開(kāi)展的固體推進(jìn)劑燃燒特性參數(shù)研究工作越來(lái)越多的深入到燃燒機(jī)理的研究，這對(duì)固體推進(jìn)劑燃燒時(shí)物理燃燒模型的構(gòu)建提出了更高的要求，因此，需要更準(zhǔn)確的測(cè)量固體推進(jìn)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(shí)，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(guò)程的重要參數(shù)。現(xiàn)有的燃燒特性參數(shù)測(cè)量設(shè)備由于測(cè)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(jìn)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(jìn)劑高壓燃燒特性參數(shù)測(cè)量設(shè)備。本發(fā)明基于對(duì)高速攝像機(jī)采集的固體推進(jìn)劑燃燒畫(huà)面進(jìn)行圖像處理，可以解決目前固體推進(jìn)劑高壓燃燒特性參數(shù)測(cè)量設(shè)備存在的問(wèn)題。

本發(fā)明針對(duì)固體推進(jìn)劑燃燒過(guò)程燃速測(cè)量結(jié)果不直觀、精度低、可靠性低的問(wèn)題。本發(fā)明設(shè)計(jì)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(jī)，同步拍攝固體推進(jìn)劑藥柱從點(diǎn)燃到燃盡過(guò)程中燃燒表面的蔓延過(guò)程，后期經(jīng)過(guò)對(duì)圖形進(jìn)行二值化處理后可以計(jì)算得到指定壓力下固體推進(jìn)劑的燃燒速度。

本發(fā)明針對(duì)固體推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中無(wú)法同步測(cè)量燃燒表面溫度的問(wèn)題。本發(fā)明設(shè)計(jì)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(cè)溫?zé)犭娕贾卸危_保該熱電偶測(cè)量段能持續(xù)貼在固體推進(jìn)劑燃燒表面進(jìn)行測(cè)量。

本發(fā)明針對(duì)固體推進(jìn)劑燃燒過(guò)程中煙氣在燃燒室頂部聚集的問(wèn)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(jìn)氣口，通過(guò)氮?dú)獯祾邔煔馀懦鋈紵遥欢⒃O(shè)計(jì)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(kuò)散并順利沿頂部排出；三、在出氣口前段設(shè)置了一個(gè)緩沖罐，加快煙氣排出速度并減小壓力波動(dòng)。

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

本發(fā)明針對(duì)藥劑燃燒生成的氣體產(chǎn)物在固體推進(jìn)劑定壓燃燒過(guò)程中產(chǎn)生壓力波動(dòng)的問(wèn)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(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的氣體產(chǎn)物引起了燃燒室壓力波動(dòng)時(shí)，多余的氣體將與吹掃氣一起通過(guò)背壓閥后排出，進(jìn)而確保容器內(nèi)壓力穩(wěn)定在設(shè)定值。

本發(fā)明針對(duì)可能產(chǎn)生的燃燒固體顆粒產(chǎn)物造成的管道堵塞問(wèn)題。本發(fā)明在燃燒室頂部安裝了過(guò)濾絲網(wǎng)，選用的過(guò)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。