[發明專利]一種模擬發動機燒蝕的試驗裝置及其方法

在審

• 申請號: 202211323584.7
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115901854A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: 吳護林;何慶兵;李忠盛;叢大龍;宋凱強;張敏;彭冬;白懿心;李富春;王旋;丁星星
• 申請（專利權）人: 中國兵器裝備集團西南技術工程研究所
• 主分類號: G01N25/22
• 分類號: G01N25/22
• 代理公司: 重慶晶智匯知識產權代理事務所(普通合伙) 50229
• 代理人: 李靖

本發明提供一種模擬發動機燒蝕的試驗裝置，包括載氣座、送粉管、密封塊、噴嘴、冷卻外殼及固定頭；載氣座包括第一殼體與第二殼體，第二殼體與第一殼體之間形成燃料氣流通道，送粉管與第一殼體之間形成助燃氣流通道；噴嘴包括燃燒腔、喉部與噴射腔，冷卻外殼內壁與第二殼體、密封塊、噴嘴靠近第一殼體段的外壁之間形成壓縮空氣通道。該裝置所噴射出的焰流能夠有效模擬發動機使用過程中的高溫、高速、富氧以及含有固液兩相流粒子沖刷燒蝕的實際工況，從而保證測試結果與實際工況的結果一致、為發動機表面耐燒蝕或絕熱層的使用提供指導性參考意見。

技術領域

本發明涉及燒蝕試驗技術領域，具體涉及一種模擬發動機燒蝕的試驗裝置及其方法。

背景技術

固體火箭發動機或沖壓發動機的殼體、噴管等零部件，其工作環境不僅需要承受燃氣產生的高溫，還需要承受高速粒子流的沖刷。例如：固體火箭發動機，推擠劑燃燒后產生高溫（2000℃以上）、氧化性的燃氣，其對發動機殼體、噴管表面造成嚴重的燒蝕，同時，噴管還會承受超音速燃氣產生的沖刷；沖壓發動機工作時會引入空氣進行燃燒、從而在燃燒室內形成一個富氧環境（空燃比8～14），產生帶有大量金屬氧化物組成的快速沖刷氣流及較高的溫度，從而對發動機表面與噴管表面形成高溫燒蝕與粒子流沖刷。因此，現有在進行固體火箭發動機或沖壓發動機殼體、噴管等零件制備過程中，通常需要對殼體或發動機表面制備耐燒蝕或絕熱層材料，從而保證殼體或噴管等零部件的絕熱性能與使用壽命，避免殼體或噴管等零部件在使用過程中失效而出現安全隱患。

通常，在對發動機的殼體、噴管等零部件進行耐燒蝕材料或絕熱層材料的制備后，需要進行模擬試驗以測試材料層的耐燒蝕或絕熱性能；然而，現有的模擬試驗方法仍存在以下不足：一是氣體流速低，且氣流內不含粒子流，無法準確模擬發動機噴管處高速粒子流沖刷的真實環境；二是目前的試驗方法所產生的氣體焰流基本為還原性或中性氣氛，無法有效模擬發動機（尤其是沖壓發動機）殼體、噴管面臨的高壓富氧燒蝕環境，易導致燒蝕材料在高溫下產生碳化現象；三是模擬試驗環境的高溫焰流沖刷環境與發動機實際的沖刷剝離環境差異大，造成模擬測試結果誤差大、指導性不強。

發明內容

針對以上現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種模擬發動機燒蝕的試驗裝置，該裝置所噴射出的焰流能夠有效模擬發動機使用過程中的實際工況，從而保證測試結果與實際工況的結果一致、為發動機表面耐燒蝕或絕熱層的使用提供指導性參考意見。

本發明的另一個目的在于提供一種模擬發動機燒蝕的試驗裝置的使用方法，從而準確、有效的模擬對發動機殼體、噴管表面進行模擬測試。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種模擬發動機燒蝕的試驗裝置，其特征在于：包括載氣座、送粉管、密封塊、噴嘴、冷卻外殼及固定頭；載氣座包括同軸設置的第一殼體與第二殼體、且第二殼體位于第一殼體外圈，第二殼體與第一殼體之間形成燃料氣流通道；送粉管與第一殼體同軸設置且送粉管位于第一殼體內，送粉管與第一殼體之間形成助燃氣流通道；第一殼體前端同軸設置噴嘴，噴嘴包括燃燒腔與噴射腔，燃燒腔與噴射腔均為錐形結構且燃燒腔與噴射腔平滑連通，燃燒腔位于靠近第一殼體的一端且燃燒腔內設置火花塞；第二殼體與噴嘴之間（且位于第二殼體與噴嘴外壁）設置密封塊；冷卻外殼同軸設置在載氣座與噴嘴的外壁，冷卻外殼內壁與各部件外壁之間形成壓縮空氣通道，燃料氣流通道、助燃氣流通道、壓縮空氣通道均與燃燒腔連通；冷卻外殼與噴嘴之間形成冷卻進流道；固定頭設置在冷卻外殼外壁（且與噴嘴遠離第一殼體的外壁連接），固定頭與冷卻外殼之間形成冷卻出流道，且冷卻進流道與冷卻出流道通過通孔進行連通。

作進一步優化，所述燃燒腔的收斂角 a為12.5°～13.5°，噴射腔的擴張角 b為2.5°～3.5°；燃燒腔與噴射腔連接處的喉部直徑 D為φ6.9mm～φ7.1mm。