[发明专利]富氢/富氧燃气多喷嘴气气喷注器试验装置

说明书

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机富氢/富氧燃气多喷嘴燃烧室设计领域，具体涉及一种富氢/富氧燃气多喷嘴气气喷注器试验装置。

背景技术

喷注器是液体火箭发动机的关键部件之一，喷注器性能的优良直接影响到发动机性能的好坏。全流量补燃循环系统是一种新型的火箭发动机循环系统，是目前具有最高燃烧性能的分级燃烧技术，是液体火箭发动机技术的重要发展方向之一。在全流量补燃循环发动机技术研究中，气气燃烧是其关键技术之一。所有流量的氢和氧经过预燃室燃烧一次驱动涡轮后再进入燃烧室进行第二次燃烧，因此，全流量补燃循环发动机推力室的喷嘴为燃气喷嘴，与常规液体火箭发动机的气液喷嘴或者液液喷嘴完全不同。目前对气气燃烧技术的研究主要基于常温氢气/氧气为推进剂，并且主要是在单喷嘴气气喷注器上进行研究。单喷嘴气气喷注器研究没有考虑到喷嘴之间的相互影响作用，单喷嘴气气燃烧的性能与多喷嘴气气燃烧的性能存在显著的差异，对燃烧室的传热也存在显著地差异。目前采用富氢/富氧燃气作为推进剂，主要技术难点在于，首先需要克服富氧预燃室混合比高带来的点火困难、火焰扩散难及结构材料抗氧化等问题和富氢预燃室低混合比带来的点火、火焰扩散等问题。其次需要解决各发动机之间的连接及测量问题，使发动机易于安装试验，以较低的成本较简单的操作方法获得可靠的试验数据和试验信息。在2005年7月美国航空航天学会公开的文献编号为AIAA2005-3572的《Benchmark wall heat flux data for a GO₂/GH₂single element combustor》中记载了进行携带富氧预燃室和富氢预燃室的富氢/富氧燃气单喷嘴的相关设计和试验，但其连接方式复杂，不利于喷嘴的安装和更换，而专门针对富氢/富氧燃气多喷嘴气气喷注器的研究并没有相关记载。

发明内容

本发明针对富氢/富氧燃气多喷嘴气气喷注器的研究欠缺的情况，提供了一种富氢/富氧燃气多喷嘴气气喷注器试验装置，可应用于多喷嘴气气喷注器地面试验。本发明要实现的主要技术包括：富氧燃气供应系统抗氧化；多喷嘴气气喷注器更换方便；壁面温度测量；喷注面板温度测量；预燃室系统与燃烧室之间连接方便。

一种富氢/富氧燃气多喷嘴气气喷注器试验装置，包括富氧预燃室、富氢预燃室和主燃烧室三大部分，所述的富氧预燃室包括富氧室头部、富氧室身部和富氧室出口段，所述的富氢预燃室包括富氢室头部、富氢室身部、富氢室点火段和富氢室出口段，所述的主燃烧室包括富氧燃气入口段、气气喷注器组件、富氢燃气入口段、面板温度传感器接头、壁面温度传感器接头、主燃烧室身部、喷管压紧法兰和喷管，其中，富氧预燃室的富氧室出口段采用螺纹结构连接有富氧室出口法兰，富氢预燃室的富氢室出口段采用螺纹结构连接有富氢室出口法兰，主燃烧室的富氧燃气入口段连接有氧入口压紧法兰，富氢燃气入口段连接有氢入口连接法兰，富氧室出口法兰与主燃烧室的富氧燃气入口段连接，富氢室出口法兰与主燃烧室的富氢燃气入口段连接的氢入口连接法兰通过螺纹法兰结构连接。

所述的气气喷注器组件通过间隙定位配合安装在富氢燃气入口段中，与主燃烧室的轴向方向同向，其包括氢喷注面板、氧喷注面板、氧喷嘴和焊接定位工装，氧喷嘴与氧喷注面板采用氩弧自溶焊焊接在一起，氧喷嘴通过焊接定位工装实现与氢喷注面板之间的定位，以保证喷嘴同轴度，焊接定位工装在焊接完成后拆除，在与主燃烧室身部接触的氢喷注面板的一端设置有定位销孔与主燃烧室身部定位。

所述的富氧室出口法兰、氧入口压紧法兰、富氢室出口法兰与氢入口连接法兰都采用A3碳钢材料。所述的富氧室头部采用不锈钢1Cr18Ni9Ti材料，表面镀化学镍，富氧室身部和富氧室出口段采用紫铜材料。

所述的气气喷注器组件伸入主燃烧室，面板温度传感器通过面板温度传感器接头穿过主燃烧室身部接触气气喷注器组件上的氢喷注面板在主燃烧室身部内的端面。

本发明的优点及积极效果在于：

1.在结构材料选择上，与高温富氧燃气相接触的结构选用紫铜作为结构材料，有利于抗氧化；主燃烧室身部采用高热容高导热率的紫铜抵抗短时间的高温燃烧；富氧预燃室头部采用不锈钢，方便焊接，利于结构紧凑化，并镀镍抗氧化；富氢预燃室以不锈钢为材料，节省成本，法兰结构全部采用A3，降低加工成本。