[发明专利]混合燃烧可视化燃烧器

说明书

本发明一种混合燃烧可视化燃烧器，属于火箭发动机技术领域；包括进气组件、整流段、燃烧室和同轴式点火炬，整流段同轴安装于进气组件和燃烧室之间，同轴式点火炬沿整流段径向安装于整流段的外周面；整流段为沿轴向开有矩形通孔的柱状结构，其两端分别设置有圆形法兰盘和方形法兰盘，通过圆形法兰盘与进气组件同轴密封连接，通过方形法兰盘与燃烧室入口端同轴密封连接；其周壁上开有圆孔，通过安装点火座与所述同轴式点火炬连通；增设整流段配合多孔喷注板消除了气流的涡旋不规则脉动，使气流平稳通入燃烧室，并且使整流段内流道截面与燃烧室流道截面保持一致，有效避免了回流区即旋涡结构的产生，从而使实验能够获得高质量的流场结构。

技术领域

本发明属于火箭发动机技术领域，具体涉及一种混合燃烧可视化燃烧器。

背景技术

固液混合发动机兼具安全可靠性高、结构简单以及易于实现多次启动和推力调节等优点，成为一种较为理想的航天推进动力装置。然而，燃烧效率以及燃面退移速率低成为长期制约固液混合发动机进一步发展与应用的关键因素，因此通过深入研究固液混合发动机燃烧机理，进而能够从理论上有效支撑燃烧效率以及燃面退移速率的进一步提升是至关重要的。

由于氧化剂和燃料分开存放的特性，固液混合发动机中的燃烧是典型的扩散燃烧且扩散尺度较大，燃料和氧化剂间的掺混及燃烧过程主要发生在燃面上方较薄的燃烧边界层内，因此扩散燃烧过程实质上是一个涉及边界层流体动力学的过程。燃烧火焰向固体燃料燃面的传热维持着燃面分解及退移过程，而掺混、燃烧及传热过程均取决于燃气流动状态即燃烧边界层的气动热力特性，因此通过合理优化可视化燃烧器结构，从而获得可供研究的高质量流场结构是深层次研究固体燃料燃烧机理的重要技术手段。

专利CN201910609601.5公开了一种固体燃料扩散燃烧精细化诊断燃烧器，该装置由进气腔、喷注器、石英玻璃、燃烧室壳体、玻璃盖板、燃烧室顶盖、固体燃料、绝热层挡板、点火机构、喷管、压螺以及热电偶机构等组成。燃烧室的前后侧壁面设有方形通孔用以安装石英玻璃，石英玻璃与燃烧室壳体间放置有膨胀石墨垫片以及硅橡胶垫圈用以避免石英玻璃直接接触金属壳体。玻璃盖板设有与石英玻璃同尺寸的观察窗并与燃烧室壳体间通过螺钉封装。进气腔外接氧化剂供给管理并与燃烧室壳体通过螺纹连接固定，喷注器与进气腔采用间隙配合且喷注器根据实验需求可随时更换。燃烧室顶盖设有装药凹槽，燃料药柱固定于凹槽后整体从燃烧室壳体顶部开口端插入并用绝热层挡板封装。喷管通过压螺同轴固定于燃烧室壳体后端。固体燃料通过点火机构点燃，并利用热电偶机构实时监测燃料燃烧温度。

上述专利公开的固体燃料扩散精细化诊断燃烧器主要存在以下5点缺陷：

1、由于氧化剂喷注器出口截面直径小于燃烧室内方形通道的截面尺寸，燃气流动会产生突扩效应导致出现回流区且固体燃料尾端会使流动产生后台阶效应，因此燃烧流场中易出现多处旋涡结构，干扰了流场结构的完整性从而不利于燃烧诊断。

2、点火方式采用点火药包，导致难以瞬时全面的点燃燃料药柱且点火瞬间易产生大量碳烟从而掩盖了流场结构的有效特征信息；此外，点火线及无烟纸燃烧速度较慢，其存在会持续干扰流场环境。

3、燃烧室整体长度相对较小且燃料前端离点火机构较近，导致点火瞬间产生的高温燃气流往往直接作用于燃料尾端而破坏了点火次序。

4、固体燃料的截面尺寸小于燃烧室方形通道的截面尺寸，从而引发3D效应的加剧，易干扰有效信息的采集。

5、燃烧室及压螺出口通孔处无绝热层保护易造成严重烧蚀，降低了装置的可重复使用性。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种混合燃烧可视化燃烧器，在燃烧室进气端增加了整流段，可获得高质量流场结构；采用专用点火炬，并对燃烧室结构做了优化，能够瞬时全面且较为可靠的点燃药柱，易于获得较好的诊断效果。