[实用新型]用高能量密度激光实现一次硼产物点火燃烧的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种点火燃烧试验装置，特别涉及一次硼产物点火燃烧的装置。

背景技术

硼拥有极高的质量热值和容积热值，由其组成的推进剂比冲燃烧产物分散性好，还可显著减小喷管喉部二相流损失，被认为是推进剂中的一种优质的填料。含硼富燃料推进剂在一次烧过程中，由于环境贫氧，温度较低，不能充分点火燃烧，含有大量硼颗粒的一次燃烧产物从气发生室进入补燃室中，与空气进行掺混完成燃烧，并释放出大量热，含硼富燃料推进剂优越能量性主要是在补燃室中进行二次燃烧充分发挥出来的。所以研究一次硼产物的点火燃烧性，保证其在补燃室中顺利点火燃烧，实现高效燃烧和高能量释放，对含硼富燃推进剂的整体燃烧非常重要。

由于一次硼产物中包含的大量硼颗粒表面包裹着一层氧化硼外壳，其沸点高达2320K，在实验室中难以迅速达到如此高温实现一次硼产物的点火，严重制约了一次硼产物点火燃烧特性的实验研究。因此如何实现一次硼产物快速、充分的点火和燃烧显得尤为重要。现有一次硼产物点火装置难以实现这一目标。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种用高能量密度激光实现一次硼产物点火燃烧的装置。

为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种用高能量密度激光实现一次硼产物点火燃烧的装置，包括用于放置硼产物的样品支架；该装置由点火模块、气氛调节模块、燃烧诊断模块和数据记录模块组成，其中，点火模块包括高能量密度激光器和透明点火燃烧管；高能量密度激光器有一个中空管状的激光管，其中空部位是充有惰性保护气体的激光通路，激光管管状结构的壁中设有冷却水管路；激光管由激光管支撑架固定于底座上，保护外壳连接至底座并将激光管罩于其内；激光管发射端位于激光管的一侧，且在保护外壳上相应位置设有通过激光的贯通孔；透明点火燃烧管架置于铁架台上，所述样品支架设于透明点火燃烧管中心位置，样品支架与激光管发射端相对设置，且在两者之间的管壁上设置用于通过激光的贯通孔；

所述气氛调节模块包括通过管路依次连接的气瓶柜、电子流量控制器和流量控制阀；流量控制阀通过管路与透明点火燃烧管的一端相接，透明点火燃烧管的另一端呈敞口状；

所述燃烧诊断模块包括高速摄影仪、光纤光谱仪、红外热像仪和物理紧急开关；所述数据记录模块包括计算机，计算机分别通过信号线连接至激光管、高速摄影仪、光纤光谱仪、红外热像仪、物理紧急开关和电子流量控制器。

本实用新型中，所述激光管与透明点火燃烧管的中心线呈垂直相交，且在激光管与激光管发射端之间设有一个与激光管中心线呈45°夹角的反光镜。

本实用新型中，所述激光管的管状结构的壁中具有夹套结构，该夹套结构即冷却水管路。冷却水系统以控制激光管的温度。

保护外壳是耐高温的黑色外壳，用于防止由于激光器故障导致的激光偏移对装置及实验人员造成的损害。气体流量控制阀，可进行气体流量控制和气体切换。激光器的电路、高速摄影仪、红外热像仪、光线光谱仪可通过计算机或物理开关同步触发或停止。激光器功率可通过计算机进行精确调节，并能在实验过程中实现激光器功率的线性变化。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

1.可对一次硼产物样品进行迅速加热，使样品在几个毫秒内迅速升温到2320K（氧化硼沸点）以上，远优于传统电热点火方式，能实现一次硼产物的快速点火和充分燃烧。

2.激光器电功率低（一般仅几百瓦），接入220V家庭用电即可使用，通用性好。激光加热范围集中，能量利用效率高，实验所需一次硼产物样品量少。

3.可通过计算机控制精确调节激光器功率，并能在实验过程中实现激光器功率的线性变化，为实验人员提供更丰富的点火方案。

4.一次硼产物样品在管道中点火燃烧，气流稳定，不易受外界因素干扰，且管道采用透明材料，可实现高速摄影仪、红外热像仪、光线光谱仪的无障碍观测。

5.可通过计算机控制，对一次硼产物样品燃烧时的环境气氛进行便捷的种类切换和流量控制。

6.可对一次硼产物样品点火燃烧的反应进程、表面温度、发射光谱进行实时采集和测量记录，为一次硼产物点火燃烧特性的分析提供了多角度的实验依据。

7.实现了点火与观测组件的同步触发，保证观测数据采集的完整性和有效性。

8.实现了激光器功率设置、实验气氛设置、点火及观测组件启停、实验数据采集和记录的计算机集成控制，为实验操作提供了极大便利。