[发明专利]超声速气流下激波对燃料液滴蒸发过程影响的研究装置

说明书

本发明属于超燃冲压发动机和爆震发动机技术领域，具体涉及超声速气流下激波对燃料液滴蒸发过程影响的研究装置，包括激波管系统、超声波雾化系统、压力检测系统以及多波长消光法粒径测量系统，激波管系统包括激波管和压力控制系统，激波管包括沿入射激波运动方向依次设置的高压段、低压段以及实验段；实验段两相对侧面分别设置有第一可拆卸观察窗和第二可拆卸观察窗；超声波雾化系统用于向实验段内喷入微米级的燃料液滴；压力检测系统设置于激波管上；多波长消光法粒径测量系统设置在第一观察窗和第二观察窗的两侧，用于对实验段内微米级的燃料液滴的粒径进行实时测量。本发明能够在实验中产生激波的同时，实现小液滴的产生和小液滴粒径的测量。

技术领域

本发明属于超燃冲压发动机和爆震发动机技术领域，具体涉及超声速气流下激波对燃料液滴蒸发过程影响的研究装置。

背景技术

超燃冲压发动机是吸气式超声速飞行器的动力装置，其一般包括进气道、隔离段、燃烧室和尾喷管四个部分。超燃冲压发动机工作时，来流经进气道减速增压后以超声速通过隔离段进入燃烧室，并在燃烧室中与飞行器携带的推进剂进行混合燃烧，从而将推进剂的化学能转化为热能，燃烧后的高温高压气体再通过尾喷管膨胀做功将热能转化为动能。由于超燃冲压发动机不需要携带氧化剂而具有较高的比冲，在航空航天和国防领域深受青睐。

由于超燃冲压发动机燃烧室入口气流速度为超声速，可燃混合物在燃烧室的驻留时间极短，另外燃烧室入口的超声速气流在燃烧室内壁的作用下会产生激波，使得燃烧室内的环境变得更加恶劣，这给燃料与来流空气的混合、燃烧带来极大的困难。如何使燃料在有限的空间和极短的时间内完成喷注、雾化、蒸发、混合、燃烧也就成了超燃冲压发动机研究领域的难题。其中，蒸发过程在整个过程中占有较长的时间，并影响到混合和燃烧过程，最终影响到燃料化学能的释放。因此，对超声速气流下激波对燃料液滴蒸发过程的影响进行研究具有重要意义。

由于激波的存在，当燃料液滴粒径较大时，液滴将被激波击碎，无法通过测量粒径变化来研究液滴蒸发规律。相关理论表明，当液滴粒径满足韦伯数处于临界韦伯数以下时，液滴将不发生破碎，在研究液滴蒸发问题时可以不再考虑液滴的破碎问题。但是，此时的液滴直径减小到微米量级，再加上存在激波的干扰，传统的测量方法将难以胜任此时的粒径测量任务。另外，平时所用的液滴生成方式产生液滴粒径较大，难以达到实验的要求。因此，在研究超声速气流下激波对燃料液滴蒸发过程的影响时，现有的实验装置难以同时满足产生激波、产生小液滴以及在激波干扰下测量小液滴粒径的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种超声速气流下激波对燃料液滴蒸发过程影响的研究装置，该超声速气流下激波对燃料液滴蒸发过程影响的研究装置能够在实验中产生激波的同时，实现小液滴的产生和小液滴粒径的测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种超声速气流下激波对燃料液滴蒸发过程影响的研究装置，包括激波管系统、超声波雾化系统、压力检测系统以及多波长消光法粒径测量系统，其中：

所述激波管系统包括激波管和压力控制系统，所述激波管包括沿入射激波运动方向依次设置的高压段、低压段以及实验段；在所述高压段与低压段的交接处密封设置有膜片；所述实验段的两个相对侧面分别设置有第一可拆卸观察窗和第二可拆卸观察窗；

所述压力控制系统用于控制通入所述激波管内的气体压力；

所述超声波雾化系统用于向所述实验段内喷入微米级的燃料液滴；

所述压力检测系统包括若干低压段压电传感器，若干所述低压段压电传感器沿入射激波运动方向依次设置于所述低压段上；

所述多波长消光法粒径测量系统设置在第一观察窗和第二观察窗的两侧，用于对所述实验段内微米级的燃料液滴的粒径进行实时测量。