[发明专利]一种固液火箭发动机燃料的质量流量诊断系统及方法

权利要求书

1.一种固液火箭发动机燃料的质量流量诊断系统，其特征在于，包括：测控模块，发动机，发射模块以及接收模块；

所述测控模块通过向所述发动机内冲入指定流量的氧气，使所述氧气与所述发动机内的固体燃料发生燃烧产生燃气经所述发动机的喷管喷出形成高速流场；

所述发射模块向所述喷管的出口发射激光信号，所述激光信号垂直穿过所述高速流场后，被所述接收模块接收并转换为电压信号，且由所述接收模块将所述电压信号发送至所述发射模块中的TDLAS信号调制及数据处理模块，由所述TDLAS信号调制及数据处理模块根据所述电压信号确定喷管出口的气流静温以及水分压。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射模块包括：TDLAS信号调制及数据处理模块、激光器以及自聚焦准直器；

TDLAS信号调制及数据处理模块通过电流调制和温度调制使激光器输出激光信号，所述激光信号经所述单模Y型氟化锆光纤进入所述自聚焦准直器，由所述自聚焦准直进行准直后垂直穿过所述高速流场，并射入所述接收模块。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述接收模块包括：自聚焦准直透镜以及光电探测器；

所述自聚焦准直透镜接收所述激光信号，并将所述激光信号发送至所述光电探测器进行光电转换得到电压信号，所述光电探测器将电压信号传输至TDLAS信号调制及数据处理模块。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括处理模块，所述处理模块接收由所述TDLAS信号调制及数据处理模块传输的气流静温以及水分压，并根据所述气流静温以及水分压确定固体燃料总质量流量。

5.一种固液火箭发动机燃料的质量流量诊断方法，采用权利要求1-4任意一项所述的一种固液火箭发动机燃料的质量流量诊断系统，其特征在于，包括：

依据发动机燃烧实验获得氧化剂以及燃料的平均总流量，燃烧室的平均氧燃比以及总压强；

依据所述平均氧燃比以及总压强确定燃气比热比，燃气气体常数，总温度以及组分配比；

对固液火箭发动机的喷管出口采用TDLAS技术测量，得到所述喷管出口的气流静温以及水分压；

选取所述固液火箭发动机喷管与出口延伸部分作为计算域，在计算流体动力学工具中建立喷管CFD模型；

将所述平均总流量、燃气比热比，燃气气体常数，总温度以及组分配比输入所述CFD模型中，得到所述喷管出口处的气流速度；

根据所述气流速度、气流静温以及水分压计算参与燃烧反应的固体燃料质量流量；

根据燃烧效率和所述参与燃烧反应的固体燃料质量流量计算固体燃料总质量流量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述对固液火箭发动机的喷管出口采用TDLAS技术测量，得到所述喷管出口的气流静温以及水分压，包括：

采用TDLAS信号调制及数据处理模块通过电流调制和温度调制让激光器输出激光信号；

所述激光信号通过自聚焦准直透镜进行准直，并垂直穿过喷管出口的高速流场；

穿过高速流场后的激光信号经过自聚焦准直透镜传输至光电探测器；

所述光电探测器对穿过高速流场后的激光信号进行光电转换为电压信号，并传输至所述TDLAS信号调制及数据处理模块进行分析处理得到沿光程平均的气流静温、水分子分压。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述气流速度、气流静温以及水分压计算参与燃烧反应的固体燃料质量流量，包括：

8.根据所述权利要求5所述的方法，其特征在于，所述燃烧效率为