[实用新型]一种研究凝相颗粒碰撞规律的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及发动机试验领域，具体为一种研究凝相颗粒碰撞规律的试验装置。

背景技术

在固体火箭发动机中，为了提高固体推进剂的能量，一般会在推进剂中加入一些燃烧热值较高的金属燃料作为基本组元之一，例如铝粉和硼粉等。对于这种含金属的复合推进剂，由于推进剂的燃烧温度高于金属燃烧产物的熔点，但又低于金属燃烧产物的沸点，因此产生的金属燃烧产物在燃气中呈熔融状态，即凝相。凝相颗粒在随高温燃气的流动过程中会发生碰撞，碰撞后的颗粒直径等参数会发生变化，颗粒参数的变化会对发动机的工作特性带来较大的影响：例如，固体火箭发动机中凝相颗粒粒径的变化可能会引起发动机内的燃烧不稳定。再如，发动机载体在大机动飞行过程中，由于受到过载作用，凝相颗粒运动轨迹会发生变化，在发动机内部高度聚集，熔融态颗粒由于碰撞聚合作用形成粒径更大的粒子，高温凝相大粒子会加剧发动机内绝热层的烧蚀，严重时会导致发动机爆炸。

影响固体火箭发动机中凝相颗粒碰撞的主要因素为颗粒速度、碰撞角度和颗粒浓度。目前，对固体火箭发动机内凝相颗粒碰撞的规律还缺乏认识，其中一个重要的原因就是缺乏有效的试验方法。现有的试验方法主要有水银液滴模拟法和单收缩管聚集法。水银液滴模拟法认为水银液滴的表面张力系数和固体火箭发动机中典型凝相颗粒三氧化二铝液滴的表面张力系数接近，利用常温常压下水银液滴的碰撞规律来模拟固体火箭发动机中三氧化二铝液滴的碰撞规律。这种方法不能模拟固体火箭发动机中三氧化二铝液滴碰撞的高温高压环境，且三氧化二铝液滴的碰撞规律还受其他因素的影响，不能简单地由水银液滴碰撞规律来描述。单收缩管聚集法采用一个拥有收缩通道的缩比发动机来模拟固体火箭发动机中颗粒的聚集状态，通过改变收缩通道的角度和面积来改变粒子速度和粒子浓度，对比收缩通道入口和出口粒子直径分布，来研究不同的聚集状态对粒径变化的影响。这种方法不能研究颗粒速度、碰撞角度和颗粒浓度等单一因素对粒子碰撞的影响，不能揭示凝相颗粒碰撞规律。

实用新型内容

要解决的技术问题

为了研究固体火箭发动机中凝相颗粒碰撞规律，迫切需要建立一种既能够模拟固体火箭发动机中凝相颗粒碰撞的高温高压环境，且能够单一地研究颗粒速度、碰撞角度和颗粒浓度等三个碰撞影响因素对凝相颗粒碰撞规律的影响的试验装置。

技术方案

由于颗粒碰撞后最直接的表现为粒径的变化，测出碰撞前后的颗粒粒径，有利于研究颗粒速度、碰撞角度和颗粒浓度等三个碰撞影响因素对凝相颗粒碰撞规律的影响。为此，本实用新型提出了一种研究凝相颗粒碰撞规律的试验装置，其技术方案为：

所述一种研究凝相颗粒碰撞规律的试验装置，其特征在于：包括试验段组件和颗粒发生器；试验段组件包括试验壳体和通气接头；试验壳体为空心柱状结构，一端端面上伸出有空心连接段，用于安装颗粒发生器，在试验壳体侧壁上也伸出有两段空心连接段，用于安装颗粒发生器，试验壳体另一端与底盖密封固连，在试验壳体上安装有通气接头，通气接头与外部高压气源连接，在试验壳体侧壁上还开有点火孔；颗粒发生器包括燃烧室、封头、推进剂和速度调节件；燃烧室为空心柱状结构，并在一端有周向的凸起；封头为一端带有连接盘的柱状结构，封头插入燃烧室内，且封头与燃烧室内壁间存在间隙，封头端头的连接盘与燃烧室端口接触；封头插入燃烧室的一端端面上固定有推进剂；速度调节件一端为圆柱段，与燃烧室一端固定连接，速度调节件另一端为锥形出口段；颗粒发生器安装在试验壳体的空心连接段内，封头通过一端的连接盘与空心连接段固定连接，并与空心连接段配合，通过燃烧室一端周向的凸起将燃烧室固定在空心连接段内，燃烧室外壁与空心连接段内壁紧密接触；在推进剂上附有点火包，导线将点火包与外部点火器连接；在底盖上开有排气孔，排气孔中密封安装有排气接头，排气接头外端依次与排气阀和水箱连接。

所述一种研究凝相颗粒碰撞规律的试验装置的优选方案，其特征在于：试验壳体侧壁的两段空心连接段的中心轴线相交。

所述一种研究凝相颗粒碰撞规律的试验装置的优选方案，其特征在于：在试验壳体侧壁上开有观察孔，观察孔中密封安装有观察窗。

所述一种研究凝相颗粒碰撞规律的试验装置的优选方案，其特征在于：在封头一端的连接盘上安装有测压座，测压座上安装压力传感器测量试验装置内部的压强。

所述一种研究凝相颗粒碰撞规律的试验装置的优选方案，其特征在于：在试验壳体内盛有少量的水用于收集颗粒。

所述一种研究凝相颗粒碰撞规律的试验装置的优选方案，其特征在于：排气接头内端套有颗粒挡帽。

有益效果