[發明專利]富氧富甲烷氣氣噴注單元地面篩選試驗裝置及試驗方法

有效

• 申請號: 202111004632.1
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113446133B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 李小平;肖虹;劉昭宇;薛帥杰;李悅;王煥燃;房喜榮
• 申請（專利權）人: 西安航天動力研究所
• 主分類號: F02K9/96
• 分類號: F02K9/96;F02K9/52;F02K9/62;F02K9/95
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 唐沛

本發明涉及一種液體火箭發動機地面試驗裝置及試驗方法，具體涉及一種富氧富甲烷氣氣噴注單元地面篩選試驗裝置及試驗方法，目的是為了解決現有技術采用的常溫推進劑、地面試驗裝置及試驗方法無法篩選出結構可靠、燃燒性能優的富氧富甲烷氣氣噴注單元的技術問題。富氧富甲烷氣氣噴注單元地面篩選試驗裝置包括富甲烷燃氣發生器、富氧燃氣發生器和氣氣噴注單元試驗組件；采用一定溫度、組分和壓力的推進劑，相比常溫推進劑可以較大程度模擬推力室中氣氣噴注單元燃燒特性；選取合適喉部直徑的喉道降低試驗件燃燒室室壓，從而大幅降低高壓試驗的安全風險。基于上述裝置，本發明還提供一種富氧富甲烷氣氣噴注單元地面篩選試驗方法。

技術領域

本發明涉及一種液體火箭發動機地面試驗裝置及試驗方法，具體涉及一種富氧富甲烷氣氣噴注單元地面篩選試驗裝置及試驗方法。

背景技術

全流量補燃循環技術是21世紀可重復使用液體火箭發動機技術的重要發展方向。甲烷具有易于制造、重復使用性能好等特點，被選為全流量補燃循環火箭發動機的重要推進劑。

液氧甲烷全流量補燃循環發動機和傳統發動機的一個區別在于：其推力室中，燃料和氧化劑分別為高溫富甲烷燃氣(溫度600～1200K，且CH₄(g)含量50%)和高溫富氧燃氣（溫度400～1000K，O₂(g)含量70%），這兩種氣體在氣氣噴注器的作用下以一定的流量和混合比進入噴注燃燒室混合和燃燒，從而產生高溫高壓燃氣，完成能量轉化，產生推動力。

氣氣噴注單元是氣氣噴注器最小的燃燒組織單元。在液氧甲烷全流量補燃循環發動機推力室工作狀態下，燃燒室為高壓環境（壓力值≥20MPa），所以氣氣噴注單元的設計在很大程度上決定了推力室的性能和可靠性。因此，在液氧甲烷全流量補燃循環發動機的研制過程中，需要開展氣氣噴注單元點火試驗，篩選出結構可靠、燃燒性能好的氣氣噴注單元。

在現有技術中，通常采用常溫推進劑、現有地面試驗裝置和試驗方法進行富氧富甲烷氣氣噴注單元的篩選試驗，但其無法模擬液氧甲烷全流量補燃循環發動機推力室在真實工作狀態下的高室壓、推進劑的溫度和組分，導致氣氣噴注單元的燃燒特性差別較大；同時，在地面試驗中模擬液氧甲烷發動機推力室的高室壓，試驗難度高且危險系數大。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術采用的常溫推進劑、地面試驗裝置及試驗方法無法篩選出結構可靠、燃燒性能優的富氧富甲烷氣氣噴注單元的技術問題，而提供一種富氧富甲烷氣氣噴注單元地面篩選試驗裝置及試驗方法。

為實現上述目的，本發明提供的技術解決方案如下：

一種富氧富甲烷氣氣噴注單元地面篩選試驗裝置，其特殊之處在于：包括富甲烷燃氣發生器、富氧燃氣發生器和氣氣噴注單元試驗組件。

所述富甲烷燃氣發生器包括依次連接的富甲烷燃燒室、第一節流孔板以及第一外接接口；富甲烷燃燒室的左端頭上分別安裝第一點火器、第一甲烷氣入口以及第一氧氣入口。

所述富氧燃氣發生器包括依次連接的富氧燃燒室、第二節流孔板以及第二外接接口；所述富氧燃燒室的右端頭上分別安裝第二點火器、第二甲烷氣入口以及第二氧氣入口。

所述氣氣噴注單元試驗組件包括頭部、固定法蘭、身部以及喉道。

所述頭部包括主管道、設置在主管道側部的燃料入口法蘭和氧化劑入口法蘭、設置在主管道上的燃料路噴前壓力監測裝置和氧化劑路噴前壓力監測裝置、設置在主管道燃氣輸出端的外接法蘭，以及設置在主管道上并位于燃料入口法蘭與氧化劑入口法蘭之間的頭部隔板；其中燃料路噴前壓力監測裝置和燃料入口法蘭位于頭部隔板的下側，靠近主管道的燃氣輸出端，氧化劑路噴前壓力監測裝置和氧化劑入口法蘭位于頭部隔板的上側，遠離主管道的燃氣輸出端。

所述頭部隔板中間開設有與氣氣噴注單元試驗件上端外徑相適配的通孔；