[发明专利]固体推进剂波动燃烧压强耦合响应函数测量装置和方法

说明书

本发明提供了固体推进剂高压波动燃烧压强耦合响应函数测量方法，该测量方法如下：维持固体推进剂所处燃烧腔体的稳态压强不变，对燃烧腔体施加周期变化的活塞压缩，控制固体推进剂所处的波动压强环境，分别用压强传感器和超声波探头测量波动压强和推进剂燃速，计算出该压强波动频率处的压强耦合响应函数值，通过更改压强波动条件重复试验便可得到压强耦合响应函数的频域分布特性。该一种固体推进剂高压波动燃烧压强耦合响应函数测量方法，基于直接测量的波动压强和波动燃速计算压强耦合响应函数，同时减少了简化假设带来的误差，尤其适合于声腔基频较低的固体火箭发动机中固体推进剂发生不稳定燃烧时的压强耦合响应特性研究。

技术领域

本发明涉及固体推进剂燃烧的技术领域，具体地，涉及固体推进剂波动燃烧压强耦合响应函数测量装置和方法。

背景技术

固体推进剂的燃烧是固体火箭发动机的能量来源，是近、远程导弹和火箭弹的基础，为满足日益提高的军事需求，固体火箭发动机多采用大长细比构型、高装填和高能复合推进剂等工程方案，在工作过程中极易出现燃烧室内压力波动的不稳定燃烧现象，严重时将导致发动机失效甚至爆炸，给飞行任务带来极为不利的影响。

固体推进剂在发动机燃烧室内受压力波动影响产生的压强耦合响应特性，是不稳定燃烧的主要影响因素，压强耦合响应特性是固体推进剂的固有属性，可以用压强耦合响应函数表征，其物理意义是燃速相对波动量与压强相对波动量的复数比，国内外学者基于推进剂的非稳态燃烧模型开展了响应函数的仿真建模及理论研究，然而响应函数的模型计算十分复杂、耗费时间长，推进剂燃烧模型不能完全反映真实的推进剂燃烧过程，响应函数的计算结果存在误差，不利于发动机的稳定性评估，因此，学术界和工程研制中仍然更青睐于通过实验手段获取真实固体推进剂的压强耦合响应函数，最具有代表性的测量压强耦合响应函数的实验方法是应用最广且廉价的T型燃烧器方法。

在公开号为CN108131217A的中国发明专利中公开了固体推进剂非线性压强耦合响应函数测量方法，该测量方法如下：对T型燃烧器测量装置采用高压强外部触发激励方法，根据触发激励装置的工作压强，控制T型燃烧器内的压强振荡特性，并采用“二次触发激励”法，分别在固体推进剂在T型燃烧器内燃烧中间时刻和刚刚结束时刻进行触发激励，获得非线性压强振荡衰减数据，对振荡衰减数据进行离散处理，分别获得各阶振荡模态的衰减系数，从而获得所有振荡模态的非线性响应函数值。该一种固体固体推进剂非线性压强耦合响应函数测量方法，用于研究固体推进剂在非线性压强振荡环境下的非线性压强耦合响应特性。

压强耦合响应函数的计算输入包括波动燃速与波动压强，然而T型燃烧器方法中只能安装压强传感器测量波动压强，通过燃速压强关系计算得到平均燃速，然后通过对波动压强的衰减段做指数拟合构造燃面增益常数的方式间接获取燃烧响应函数值，无法精确得到与每一时刻波动压强对应的固体推进剂的波动燃速，另一方面，由于大长细比构型发动机的使用，越来越多的发动机声腔基频降到300Hz以下，已经低于300Hz-4000Hz的T型燃烧器适用频带，因此，有必要建立固体推进剂高压波动燃烧压强耦合响应函数测量方法，在试验中直接测得波动燃速与波动压强，获取精确的压强耦合响应函数。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种固体推进剂波动燃烧压强耦合响应函数测量装置和方法。

根据本发明提供的一种固体推进剂波动燃烧压强耦合响应函数测量装置，包括压强波动燃烧器、压强波动系统和测试控制系统；

所述压强波动燃烧器包括燃烧腔体，所述燃烧腔体顶面安装有进气口、出气口和压力表，所述燃烧腔体底面安装有耦合介质，所述耦合介质顶端与固体推进剂紧密接触，所述耦合介质的底端与超声波探头紧密接触；所述固体推进剂上方安装有点火装置，所述燃烧腔体右侧面安装有压强传感器。

优选地，所述压强波动系统位于燃烧腔体的左侧面，所述压强波动系统包括活塞、凸轮、凸轮从动件和电机；所述活塞与燃烧腔体之间通过通气阀连通，所述电机驱动凸轮旋转，所述凸轮从动件带动活塞往复运动。