[发明专利]火箭发动机内颗粒相沉积条件下绝热层烧蚀的模拟装置

说明书

技术领域

本发明属于火箭发动机技术领域，涉及一种火箭发动机内颗粒相沉积条件下绝热层烧蚀的模拟装置。

背景技术

现代固体火箭发动机设计中为了提高比冲与缩短发动机整体长度，通常在推进剂中加入金属粉末(如Al，Mg)，与广泛使用潜入喷管。然而在发动机工作过程中，随着燃面的推移在潜入喷管背壁区域逐渐形成一个空腔，该空腔内存在复杂的回流区，由于颗粒相具有较大的惯性，不容易追随流线，因此在气流偏转较大的喷管背壁区域容易同气流分离而进入回流区，继而沉积在空腔内成为熔渣；大型分段式固体火箭发动机水平试车结束时，在下表面上有大量沉积的存在。

目前国内外对绝热层烧蚀实验研究技术主要集中在以下三个方面：(1)氧化性气体和绝热层的化学烧蚀；(2)气流对绝热层的冲蚀；(3)颗粒相对绝热层的机械侵蚀。然而氧化铝颗粒沉积条件下绝热层烧蚀实验技术国内文献鲜有提及。

发明内容

本发明的目的是提供一种火箭发动机内颗粒相沉积条件下绝热层烧蚀的模拟装置，以填补现有技术中在凹腔内沉积颗粒相的条件下，没有研究固体火箭发动机绝热层烧蚀现象实验装置的空白。

本发明所采用的技术方案是，火箭发动机内颗粒相沉积条件下绝热层烧蚀的模拟装置，包括用于燃烧固体推进剂的燃气发生器，燃气发生器的一端依次同轴连接收敛段、过渡段、沉积段和喷管并形成贯通的腔体，燃气发生器的另一端密封设置，燃气发生器内部设有推进剂和用于点燃推进剂的点火药包；

沉积段的内径小于燃气发生器的内径，收敛段为从燃气发生器到沉积段光滑收缩的中空锥形腔体，收敛段内靠近过渡段的一端固定安装有用于调节燃气中颗粒相浓度的调节环，沉积段的腔体内部设有通过重力作用来沉积颗粒相的沉积槽，沉积槽内放置有绝热层试件；

燃气发生器中燃烧产生的气固混合物流经收敛段，用以调节其中颗粒相浓度，再流经过渡段到达沉积段，其中，颗粒相沉积至沉积槽，气相通过喷管排出。

进一步的，燃气发生器的密闭端连接有用于固定燃气发生器的前封头顶杆。

进一步的，点火药包位于推进剂的中心位置旁。

进一步的，调节环为内壁光滑收缩的环状钢圈。

进一步的，沉积槽为设置在沉积段外壁上的开口，沉积槽开口端设置有可拆卸的盖板用以密封沉积槽。

进一步的，盖板上设置有用于测量颗粒相沉积对绝热层试件传热量的热电偶。

本发明的有益效果是，结构简单，安装、使用方便；实验装置通过改变调节环直径或沉积槽的沉积深度，从而调节颗粒相浓度与模拟大型固体火箭发动机喷管背壁凹腔内颗粒相沉积条件下绝热层的烧蚀现象。

附图说明

图1是本发明火箭发动机内颗粒相沉积条件下绝热层烧蚀的模拟装置的结构示意图；

图2是图1的B-B剖视图。

图中，1.前封头顶杆，2.燃气发生器，3.推进剂，4.点火药包，5.收敛段，6.调节环，7.过渡段，8.沉积段，9.沉积槽，10.喷管，11.绝热层试件，12.热电偶，13.盖板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种火箭发动机内颗粒相沉积条件下绝热层烧蚀的模拟装置，如图1和图2，包括用于燃烧固体推进剂的燃气发生器2，燃气发生器2的一端依次同轴连接收敛段5、过渡段7、沉积段8和喷管10并形成贯通的腔体，燃气发生器2的另一端密封设置，燃气发生器2内部设有推进剂3和用于点燃推进剂3的点火药包4，

沉积段8的内径小于燃气发生器2的内径，收敛段5为从燃气发生器2到沉积段8光滑收缩的中空锥形腔体，收敛段5内靠近过渡段7的一端固定安装有用于调节燃气中颗粒相浓度的调节环6，沉积段8的腔体内部设有通过重力作用来沉积颗粒相的沉积槽9，沉积槽9内放置有绝热层试件11；

燃气发生器2中燃烧产生的气固混合物流经收敛段5，用以调节其中颗粒相浓度，再流经过渡段7到达沉积段8，其中，颗粒相沉积至沉积槽9，气相通过喷管10排出。

燃气发生器2为空心圆柱体，燃气发生器2的一端密闭并安装有前封头顶杆1，前封头顶杆1用来固定燃气发生器2，燃气发生器2的另一端与收敛段5的入口端连通。前封头顶杆1与推力墩相顶，使得燃气发生器2固定于试车台架上。

燃气发生器2内设置有推进剂3和用于点燃推进剂3的点火药包4，点火药包4位于推进剂3的中心位置旁。点火药包4连接至设置在燃气发生器2外壁上的点火电源，通过点火药包4可以点燃推进剂3以产生燃气气流。