[發明專利]固體燃料擴散燃燒精細化診斷燃燒器

有效

• 申請號: 201910609601.5
• 申請日: 2019-07-08
• 公開（公告）號: CN110259603B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 劉林林;陳澤斌;胡松啟
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F02K9/34
• 分類號: F02K9/34;F02K9/30;F02K9/95;F02K9/96
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 云燕春

本發明提出一種固體燃料擴散燃燒精細化診斷燃燒器，包括燃燒室、燃燒室頂蓋和點火座裝置，所述燃燒室的進氣壁面開有第一階梯通孔，用于同軸安裝進氣腔；所述燃燒室的出氣壁面開有第二階梯通孔，用于安裝噴管；所述燃燒室兩側壁面上均開有窗口，通過玻璃蓋板將石英玻璃固定于所述燃燒室的窗口處，用于實時觀察火箭發動機燃燒過程；所述燃燒室的底面和所述燃燒室頂蓋上均開有裝藥凹槽，兩個裝藥凹槽內均設置有第二絕熱層，在第二絕熱層上固定固體燃料。燃燒室內增設裝藥凹槽增強氧化劑與燃料間的摻混程度，提高燃燒過程中燃料對氧氣的利用率；增設噴管節流裝置，根據不同要求更換不同喉徑的噴管，可有效分析燃燒室壓力對固體燃料擴散燃燒的影響。

技術領域

本發明屬于火箭發動機領域，具體涉及一種固體燃料擴散燃燒精細化診斷燃燒器,用于火箭發動機燃燒過程的光學診斷及機理研究。

背景技術

固液混合火箭發動機兼具安全可靠性高、系統簡單、比沖高、推力可調節等優點，已逐漸成為航天推進系統的研究熱點，然而固液混合火箭發動機退移速率較低，往往導致發動機推力難以滿足發射要求。由于在固液混合發動機中燃料與氧化劑分開存放的特性，氧化劑與燃料發生的是典型的擴散燃燒，并且擴散燃燒的尺度較大，燃燒過程直接影響燃料的燃面退移。采用精細化診斷燃燒器觀察燃料的擴散燃燒過程，可揭示燃面退移機制，從而實現燃面退移速率的有效提升。

文獻“48th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion ConferenceExhibit會議2012年7月30日-2012年8月1日的Visualization of the Liquid Layer Combustion ofParaffin Fuel for Hybrid Rocket Applications”公開了一種固體燃料擴散燃燒可視化裝置，該裝置由三塊聚碳酸酯玻璃、燃燒室、玻璃蓋板、固體燃料、固體燃料支撐板、支撐板固定座、排氣管、排氣管固定座、熱電偶、氧化劑供給管路、氮氣吹掃管路組成。燃燒室的上側和前后側壁面設有凹槽，分別安裝有聚碳酸酯玻璃，聚碳酸酯玻璃與燃燒室殼體間放置有保護墊圈。玻璃蓋板與燃燒室殼體間通過螺釘封裝，玻璃蓋板設有觀察窗。支撐板固定座與燃燒室通過螺釘連接，固體燃料支撐板后端固定在支撐板座上，前端懸空于燃燒室，支撐板設有凹槽用于放置固體燃料且側部開通孔用于定位鎳鉻點火線。排氣管固定在排氣管固定座上，與大氣直接相通，燃燒室壓力保持為大氣壓，排氣管固定座與支撐板固定座通過螺釘連接。熱電偶安裝在燃燒室左側底部位置，用于測試氧化劑來流溫度。氧化劑供給管路和氮氣吹掃管路安裝在燃燒室殼體左側壁面，氮氣吹除管路用于熄滅火焰并吹掃氧化劑和燃燒產物。

上述文獻公開的固體燃料擴散燃燒可視化裝置存在以下3點缺陷：

1、燃燒室采用金屬殼體且無熱防護措施，燃燒過程中高溫燃氣易造成燃燒室殼體燒蝕，造成燃燒室不能重復利用，且燃燒方式為單側裝藥燃燒，氧氣利用率低。

2、燃燒室通過排氣管與大氣直接相通，出口無節流裝置，燃燒室壓強始終保持為大氣壓。無法分析固液混合發動機工作狀態下固體燃料的擴散燃燒過程。且現有技術中的排氣管作用只是為保持燃燒室的密閉，用于排出廢氣。

3、氧化劑噴注方式單一，無法觀測不同氧化劑噴注方式下的固體燃料擴散燃燒現象。

發明內容

要解決的技術問題：

為了避免現有技術的不足之處，本發明提出一種燃燒室壓強可調、噴注方式可變的固體燃料擴散燃燒精細化診斷燃燒器，燃燒室內增設裝藥凹槽，增強氧化劑與燃料間的摻混程度，提高燃燒過程中固體燃料對氧氣的利用率；并采用石墨絕熱層防護，有效防止高溫高壓燃氣對燃燒室殼體造成燒蝕，裝置重復使用率高；增設噴管節流裝置，根據不同實驗要求更換不同喉徑的噴管，易建立不同燃燒室壓力，可有效分析燃燒室壓力對固體燃料擴散燃燒的影響。