[发明专利]硼的分布式光点燃方法及装置

说明书

本发明提供了针对硼及硼铝复合燃料的分布式光点燃方法及装置，该装置包括闪光灯、铝制灯罩、石英玻璃载片、高速摄像机、彩色摄像机装置，该装置在闪光灯曝光后，在极短的时间内释放光量，纳米硼粉以及纳米硼铝复合燃料吸收光能转化为自身的热能，达到着火点后与周围空气发生燃烧反应；同时利用高速摄像机记录燃料被点燃的瞬间变化图，彩色摄像机记录火焰燃烧变化。

技术领域

本发明涉及硼的新型的点火方式领域，特别涉及硼的分布式光点燃方法。

背景技术

固体火箭推进技术在军事领域和宇航上被广泛应用，同时固体火箭冲压发动机的燃料正向着高能量密度的方向发展。由于金属燃料具有较高的燃烧热，并且能够缓解高频燃烧的不稳定性，添加高能金属颗粒或者直接采用高能金属作为燃料成为目前的重点研究方向。常见的高能金属燃料有镁、硼、铝和锆等，这其中硼具有极高的质量热值和容积热值，目前被认为是用于固体推进剂的最佳燃料。但硼自身的高熔点和高沸点以及硼表面的氧化层导致其存在着点火性能差，燃烧效率低的问题。因此将硼与燃烧性能较好的燃料掺混制成复合燃料进行研究是目前改善硼燃烧的重要手段，这对冲压发动机的进一步发展具有重要的意义。

目前针对硼颗粒燃烧性能研究的点火方式主要为激光点火，该点火方式存在单点式点火易造成局部高温，并且点火装置笨重，价格昂贵的问题。而光点燃方法为多点分布式点火，结构简单，可以在条件较恶劣的区域进行使用。

发明内容

本发明目的在于提供针对硼的分布式光点燃装置及方法。

硼的分布式光点燃装置，该装置主要由两个部分组成，点火部和记录部。点火部主要由闪光灯、铝制灯罩、石英玻璃载片和支架组成，将闪光灯竖直固定在支架上，闪光灯经曝光后，置于石英玻璃载片凹槽内的纳米硼铝复合燃料吸收光能达到着火点被点燃。记录部分由高速摄像机和彩色摄像机组成，高速摄像机记录硼铝复合燃料点燃瞬间的变化，彩色摄像机记录整个点火过程火焰的变化。

进一步的，石英玻璃载片距离环形灯管的距离为20mm。

进一步的，放置样品的凹槽为直径为10mm，深度为2mm。

进一步的，高速摄像机位于正垂直于石英玻璃片10cm处记录样品光点火瞬态过程。

进一步的，闪光灯提供瞬时的光能，纳米复合燃料吸收光能后转化成自身的热能，达到着火点后产生燃烧现象。

进一步的，高速摄像机和彩色摄像机范围内分别用于记录硼铝复合燃料的分布式光点燃的瞬态图和点火过程。

提供一种硼分布式光点燃方法，该方法包括

在纳米硼粉加入平均粒径为30nm铝粉，用药匙将两者进行触松混合或者利用研钵在氩气手套箱中研磨10min进行紧密混合，

通过在固定体积的凹槽中放置固定量的样品，确保其堆积密度不变，且其堆积密度的变化通过控制样品的质量实现，即在固定的凹槽体积内放置不同质量的硼铝复合燃料来控制样品堆积密度的变化，针对硼铝的混合比例分别为3：2，2：3或1：4，

利用闪光分布点火装置曝光瞬间的能量对硼铝复合燃料颗粒进行点火。

本发明相对于现有技术相比具有显著优点为：

1、本发明采用闪光分布式点火方式对硼铝复合燃料进行点火，点火方式更简单，所需的能量更少，可远程控制的分布式非接触式点火；

2、本发明采用石英玻璃片的凹槽控制堆积密度的变化，即在凹槽体积不变的情况下，改变样品的质量实现堆积密度的变化；

3、本发明采用高速摄像机和彩色摄像机同时对整个点火过程进行数据记录，以便于对温度分布、燃烧时间、燃烧面积比变化等进行分析。

下面结合说明书附图对本发明做进一步的描述。

附图说明