[发明专利]基于同轴数字全息法的固体推进剂铝燃烧测量装置与方法

说明书

本发明公开了一种基于同轴数字全息法的固体推进剂铝燃烧测量装置和方法，包括用于模拟推进剂在固体火箭发动机燃烧室中燃烧的高压密封实验器和用于推进剂燃烧铝颗粒测量的数字全息系统；数字全息系统与压密封实验器垂直交叉设置，数字全息系统的平面相干光穿过高压密封实验器，进行推进剂燃烧铝颗粒的测量。该基于同轴数字全息法的固体推进剂铝燃烧测量装置用于固体火箭发动机推进剂高温、高压复杂燃烧流场的铝颗粒燃烧动态测量。

技术领域

本发明属于固体推进剂铝燃烧测试技术领域，具体涉及基于同轴数字全息法的固体推进剂铝燃烧测量装置与方法。

背景技术

认识和掌握固体火箭发动机燃烧室中铝粒子的燃烧历程及其状态特性是控制和调节发动机性能以及安全性评估的前提，也是开展发动机流场数值模拟的重要参数。

对于发动机内的高温、高压、复杂多相的燃烧流场，准确捕获铝颗粒的燃烧历程是比较困难的，目前所能够使用的动态测量手段主要是高速成像技术。设计高压实验密封容器模拟发动机燃烧室内高压环境，将推进剂药条置于实验器中点燃。通过光学开窗的方式，对推进剂药条的整个燃烧过程进行拍摄，获得燃烧的动态过程。该方法在实际应用中具有较大缺陷，具体表现为：(1)远距离显微摄像时，存在景深过小的问题。对于运动的颗粒跟踪测量，很难保证颗粒始终处于成像平面，偏离焦面的燃烧颗粒无法清晰捕捉。(2) 燃烧火焰产生的辐射发光对于测量影响较大，很难分辨燃烧火焰区与凝相颗粒区，难以准确获得燃烧颗粒的真实粒径。

激光粒度仪可以获得颗粒的粒度分布谱，但是激光粒度仪只能获得整个测量空间内粒度分布随时间的变化，无法获得单个颗粒的粒径变化，同样无法获得颗粒的形貌及形貌变化。对于燃烧颗粒的测量显得能力不足。

随着对固体火箭发动机推进剂燃烧稳定性研究的不断深入，研究者们希望对铝颗粒动态燃烧行为有更为清晰的认识，从而建立准确的铝燃烧模型，为固体火箭发动机数值仿真计算及燃烧稳定性预估打下坚实的基础。因此，发展一种精细的固体推进剂铝燃烧动态测量装置是这些研究工作的前提和基础。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于同轴数字全息法的固体推进剂铝燃烧测量装置，用于固体火箭发动机推进剂高温、高压复杂燃烧流场的铝颗粒燃烧动态测量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，基于同轴数字全息法的固体推进剂铝燃烧测量装置，包括用于模拟推进剂在固体火箭发动机燃烧室中燃烧的高压密封实验器和用于推进剂燃烧铝颗粒测量的数字全息系统；数字全息系统与压密封实验器垂直交叉设置，数字全息系统的平面相干光穿过高压密封实验器，进行推进剂燃烧铝颗粒的测量。

进一步地，该高压密封实验器包括一高压密封容器，高压密封容器的一组相对的侧面上均开设有玻璃观察窗，且两个玻璃观察窗的位置相对应，用于平面相干光穿过；高压密封容器的底部竖直设置有用于夹持推进剂试件的夹持装置；高压密封容器上安装有用于监测其内部压力的压力传感器，压力传感器与数据采集系统相连接，数据采集系统还与第二计算机相连接；还包括用于点燃推进剂的点火装置；

高压密封实验器还包括高压气体输入装置，高压气体输入装置与高压密封实验器相连通，还包括排气系统，高压气体输入装置还与排气系统相连接。

进一步地，该高压气体输入装置包括管路连接的氮气源储存装置和稳压罐，氮气源储存装置和稳压罐间安装有进气电磁阀，进气电磁阀与电磁阀控制系统相连接，电磁阀控制系统与高压密封容器的排气口相连接。