[发明专利]一种固液混合发动机燃料局部燃面退移速率测试方法

说明书

本发明公开了一种固液混合发动机燃料局部燃面退移速率测试方法，属于固液混合发动机技术领域。当燃料在发动机中燃烧时，燃料燃烧后为不规则的锥面，在不同的截面处存在不同的燃面退移速率，通过迅速中止氧化剂的供给使燃料的燃烧中断，待发动机冷却后，取出未燃烧的燃料并对不同位置处燃料的肉厚进行测量，结合燃烧前燃料的肉厚可得到某一时间范围内不同位置处的燃面退移速率。通过改变氧化剂种类和氧化剂流强，由中断燃烧实验得到不同燃烧条件下推进剂的局部燃面退移速率；在不同的截面处局部燃面退移速率的准确获得为研究不同流场条件下燃料的燃烧规律，以及燃料形状尺寸的设计和发动机燃烧室的设计提供实验数据支持。

技术领域

本发明属于固液混合发动机技术领域，具体地说，涉及一种固液混合发动机燃料局部燃面退移速率测试方法。

背景技术

火箭发动机是航天器和导弹的动力装置，随着航天技术的发展和进步，可靠性高、成本低廉、绿色环保成为火箭发动机发展的重要方向。固液混合发动机以固体燃料和液体氧化剂作为推进剂，潜在的应用主要包括:探空火箭、运载火箭助推器、太空飞船、亚轨道飞行器、靶机等的动力装置。

美国专利5107129中介绍了一种光纤固体/混合火箭发动机药柱退移速率测试传感器。光纤固体/混合火箭发动机药柱退移速率测试传感器能够准确的测试燃料的退移速率，作为感应和传导设备需要采用特殊光纤、二极管和光检测元件，成本较高，同时加大系统操作的复杂性和难度，且难以避免环境、温度等因素对光的影响。

燃料在固液混合发动机中燃烧时，不同燃料位置处的燃面退移速率并不相同，即表现出不同的局部燃面退移速率。若不同燃料位置处的局部燃面退移速率相差过大，则在燃烧后期为了保证发动机的内弹道稳定性，需要进行提前关机，不但造成燃料的浪费也对发动机的操作安全性造成一定威胁。燃料药柱的内通道构型并非圆筒形而是圆锥形，燃面退移速率与单位截面积氧化剂质量流率成正相关，对于固液混合发动机来说氧化剂从燃烧室的头部注入，随着燃料在氧化剂上游处的燃烧，氧化剂下游处的气体质量流率增大，因此氧化剂下游处燃料的局部燃面退移速率往往较高。测量局部燃面退移速率可为研究燃烧规律提供实验数据支持，并且能够为发动机的设计提供参考。

Karabeyoglu M A研究表明：在推进剂配方和燃烧室结构尺寸确定的前提下，退移速率主要与氧化剂流强或燃气流强、药型结构等有关。对于药型结构基本相同的混合发动机，其退移速率主要与氧化剂流强或燃气流强的n次方成正比。

燃料的燃面退移速率为

式中，a为退移速率系数；G₀为单位截面积氧化剂质量流率；n为指数；

G₀可表示为

式中，为氧化剂的质量流率，A_b为燃料内通道面积。

对同种氧化剂、不同氧化流强下可测得燃面退移速率，对上式两边取对数可得lnr＝lna+nlnG₀，由于G₀已知，由不同流强下的燃面退移速率r，可拟合得到a和n的值。只要在一发动机试验里控制氧化剂流量等参数在一定范围内变化，计算出其在每个状态下的瞬时燃面退移速率，就可归纳出固体燃料药柱的燃面退移速率关系式。然而，上式表示的是燃料的平均燃面退移速率，有一定的局限性。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种固液混合发动机燃料局部燃面退移速率测试方法；通过改变氧化剂种类和氧化剂流强，由中断燃烧实验得到不同燃烧条件下推进剂的局部燃面退移速率。

本发明固液混合发动机燃料局部燃面退移速率测试方法，其特征在于包括以下步骤: