[發明專利]一種發動機內部流場的測量系統及其測量方法

有效

• 申請號: 202010944376.3
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112067308B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 任軍學;袁天楠;張金堯;吳坤隆;胡嘉鑫;湯海濱
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01M15/14
• 分類號: G01M15/14;G01T1/36
• 代理公司: 北京航智知識產權代理事務所(普通合伙) 11668
• 代理人: 黃川;史繼穎

本發明公開了一種發動機內部流場的測量系統及其測量方法，采用放射性同位素原材料制備固體火箭發動機的藥柱，藥柱被點燃后產生大量高速高溫燃氣形成流場，經噴管噴出產生羽流，放射性同位素粒子隨流場流動時釋放γ射線，利用γ射線動態收集器收集釋放的γ射線，測量固體火箭發動機內部流場的動態特性，上述測量系統利用放射性同位素作為示蹤粒子實現對固體火箭發動機內部流場的非接觸式測量，與傳統的測量方法相比，無需破壞固體火箭發動機的原有結構，可以避免傳統測量方法對內部流場擾動的問題，與現有的數值計算方法相比，可以克服數值計算結果準確性不足的缺點。

技術領域

本發明涉及固體火箭發動機測量技術領域，尤其涉及一種固體火箭發動機內部流場的測量系統及其測量方法。

背景技術

固體火箭發動機是火箭發動機的一種，目前已被廣泛應用于導彈、運載火箭和宇宙飛行器的推進系統中。

通過對固體火箭發動機的內部流場進行測量，可以判斷發動機的設計是否合理、裝藥能否正常燃燒、藥柱是否符合質量要求等問題，這對于優化發動機結構設計、提高發動機性能具有重要意義。

傳統的測量方法，大多通過測量固體火箭發動機多點位內部壓強以間接計算發動機推力、藥柱燃燒速度和流量系數等參數，該方法需要破壞發動機原有結構以轉接壓強傳感器，這會導致部分燃氣不參與內部流動，且會改變發動機原有頻率響應，測量點位可選擇范圍亦有限，難以全面反映發動機內部流場。

除了傳統的測量方法，數值計算也是一種廣泛應用的分析手段，具有方便、快捷、成本低等優點，但其結果需要準確的實驗數據進行驗證。

因此，如何設計一種固體火箭發動機內部流場的測量方法，既能克服數值計算結果準確性不足，又能夠避免傳統測量方法對內部流場擾動的問題，是本領域技術人員亟需解決的技術問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種發動機內部流場的測量系統及其測量方法，用以克服數值計算結果準確性不足，以及避免傳統測量方法對內部流場擾動的問題。

因此，本發明提供了一種固體火箭發動機內部流場的測量系統，包括：暗室、位于所述暗室內用以固定所述固體火箭發動機的試車臺以及位于所述暗室內的多個γ射線動態收集器；其中，

所述暗室的一個側面具有一個開口；所述固體火箭發動機位于所述暗室內的試車臺上，且所述固體火箭發動機的噴管擴展段由所述開口伸到所述暗室外，所述暗室在所述開口處與所述噴管擴展段緊密貼合；

所述固體火箭發動機的燃燒室內的藥柱為放射性同位素固體推進劑藥柱，用于在被點燃后產生燃氣形成流場，經噴管噴出產生羽流，放射性同位素粒子隨流場流動，釋放γ射線；

各所述γ射線動態收集器位于所述噴管的外側，與所述噴管的軸線等高，且排列方向平行于所述噴管外表面中與所述噴管的軸線等高的外邊緣線，用于收集所述放射性同位素粒子釋放的γ射線，測量所述固體火箭發動機內部流場的動態特性。

在一種可能的實現方式中，在本發明提供的上述固體火箭發動機內部流場的測量系統中，所述放射性同位素固體推進劑藥柱含有14C。

在一種可能的實現方式中，在本發明提供的上述固體火箭發動機內部流場的測量系統中，每個所述γ射線動態收集器包括γ射線譜儀和數字信號采集處理器；其中，

所述γ射線譜儀，用于測量放射性同位素粒子的豐度，獲得放射性同位素粒子的譜線數據；

所述數字信號采集處理器，包含多個數據處理模塊以及與所述γ射線譜儀對應的多通道仿真軟件和γ譜分析軟件包，用于對所述γ射線譜儀收集的放射性同位素粒子的豐度和譜線數據進行對比，并將處理后的放射性同位素粒子的豐度和譜線數據與流場測量前放射性同位素固體推進劑藥柱中放射性同位素粒子的豐度和譜線數據進行對比，以定量分析流場探測位置處放射性同位素粒子的含量，繼而生成放射性同位素粒子密度分布云圖，以分析固體火箭發動機內部流場的動態特性。