[发明专利]基于长尾管的固体火箭发动机羽流中凝相产物收集装置

说明书

本发明公开的基于长尾管的固体火箭发动机羽流中凝相产物收集装置，属于固体火箭发动机试验领域。本发明包括燃气发生室、喷管、混合收集通道和连接支撑机构。燃气发生室包括燃烧室壳体、推进剂、绝热层。喷管包括收敛段、临界段和扩张段。混合收集通道由空心圆柱体、扩张段、收集室及收集室顶盖组成。固体火箭发动机与收集装置一体化设计，利用超音速气流的流动特征，注入冷气对羽流进行降温降速，实现燃烧室内凝相产物的高效收集。本发明具有如下优点：(1)结构简单，易于组装，收集装置结构简单、轻便。(2)保证收集到产物的可靠性。(3)保证羽流中凝相颗粒能够完全降温，保障实验装置的安全性。(4)保证收集结果的完整性。

技术领域

本发明涉及一种基于长尾管的固体火箭发动机羽流中凝相产物收集装置，属于固体火箭发动机试验领域。

背景技术

固体发动机是目前应用最广泛的火箭推进系统之一，具有推力密度大、可靠性高、技术水平成熟度高、结构简单、便于生产、储存与使用等诸多优点。然而，与其它化学推进方式(液体、固液混合)相比，固体火箭推进存在比冲较低的劣势。在固体推进剂中加入含能金属材料(如铝、硼、镁、铍等)不仅能大大改善推进剂的能量特性、提高推进剂的燃速、降低推进剂的压力指数，而金属粉末的高密度与高反应热可有效地提高比冲，还能抑制固体火箭发动机中因推进剂燃烧而引起的燃烧振荡的现象，在提高和稳定发动机的整体性能方面起到了至关重要的作用。

但是另一方面，金属粉末的加入会带来发动机比冲下降、绝热层烧蚀、燃烧不稳定等问题。在喷管流动过程中，由于两相流的存在会带来速度滞后和温度滞后的情况，形成两相流损失，导致发动机比冲下降，所以凝相燃烧产物的尺寸和分布对固体发动机的比冲有着重要的影响；两相流的冲刷效应会导致燃烧室绝热层和喷管烧蚀的加剧，由于粒子的惯性，导致粒子向燃烧室局部聚集并冲刷绝热层，绝热层的局部烧蚀率明显增加，掌握凝相粒子在燃烧室中的粒度分布非常关键；阻尼作用的有效性取决于平均粒径是否接近于特定振型所要求的最佳直径，在非线性稳定性分析中，需要准确预估粒子的阻尼常数，所以凝相燃烧产物的尺寸和分布是决定燃烧不稳定中粒子阻尼效果的重要因素。

由于羽流中的凝相产物具有高温、高速的特点，现阶段固体火箭发动机燃气中凝相产物的收集主要在发动机羽流尾焰处收集。羽流中的凝相产物会进一步与空气反应，且不能完全保证所有凝相产物都被收集，故现有收集系统不能完整的体现固体火箭发动机工作过程中羽流中凝相产物的尺寸和分布。因此有必要提出一种新的固体火箭发动机羽流中凝相产物收集装置，该装置利用超音速气流流动特征对羽流中高温、高速的凝相产物进行降温降速收集，具有结构简单，收集高效，减少凝相产物后氧化的优点。

发明内容

为解决现有凝相产物收集装置存在的凝相产物后氧化、收集效率低的问题，本发明公开的基于长尾管的固体火箭发动机羽流中凝相产物收集装置要解决的技术问题是：提供一种基于长尾管的固体火箭发动机羽流中凝相产物收集装置，实现羽流中凝相产物的降温降速、高效收集。为进一步研究羽流中凝相产物成分、形貌及粒径分布，评估推进剂性能等提供参考。

本发明的目的通过下述技术方案实现。

本发明公开的基于长尾管的固体火箭发动机羽流中凝相产物收集装置，固体火箭发动机与收集装置一体化设计，利用超音速气流的流动特征，通过注入冷气，对发动机工作过程中的羽流进行降温降速，实现燃烧室内凝相产物的高效收集，为进一步研究羽流中凝相产物成分、形貌及粒径分布，评估推进剂性能等提供参考。

本发明公开的基于长尾管的固体火箭发动机羽流中凝相产物收集装置，包括燃气发生室、喷管、混合收集通道和连接支撑机构。

所述的燃气发生室包括燃烧室壳体、推进剂、绝热层，其中燃烧室壳体为对称回转体结构的空心圆柱体，燃烧室壳体、绝热层的尺寸和材料及推进剂的装药量、装药方式由实际需求决定，燃气发生室通过中心架竖直固定在试验台上。