[发明专利]液体火箭发动机喷注器燃烧状态评估装置及方法

说明书

本发明提供一种液体火箭发动机喷注器燃烧状态评估装置及方法，解决现有采用高速相机通过观察窗拍摄火焰，存在成本高、密封难度大、准备周期长的问题。装置包括连接组件、N个热电偶及依次同轴设的前法兰、身部、喷管和后法兰，N为≥2整数；身部上设有燃烧室，喷管上设有喉道；连接组件用于紧固前法兰和后法兰，实现身部和喷管的夹紧；身部沿径向开设有轴向均布的N个热电偶放置孔，热电偶放置孔包括外孔和直径小于外孔的内孔，内孔底面与燃烧室内壁面之间存在距离h，N个热电偶分别设在N个热电偶放置孔内，每个热电偶上设有与外孔配合的限位部以及套装有位于限位部外侧的弹簧；身部外壁设有压板，用于通过弹簧将热电偶压紧在热电偶放置孔中。

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机喷注器燃烧状态评估技术，具体涉及一种液体火箭发动机喷注器燃烧状态评估装置及方法。

背景技术

在液体火箭发动机中，喷注器是用来组织推进剂混合燃烧的，对发动机的整体性能有着至关重要的影响。喷注器的燃烧状态通常是用燃烧室压力来进行评估，但是燃烧室压力实际上是燃烧状态的一个综合参数，并不能反映燃烧状态的细节。因此，有学者提出以燃烧火焰长度来评估燃烧状态，火焰长度反映了推进剂从混合至完全燃烧所需要的轴向空间，对于燃烧室长度设计具有很重要的参考价值。但是火箭发动机燃烧室高温高压的恶劣环境对火焰长度的观测提出了巨大挑战。目前，通常采用在燃烧室侧壁开观察窗，用高速相机直接拍摄火焰。该方式虽可以直观的观察火焰长度，但是也存在观察窗所用光学玻璃价格昂贵、密封难度大、准备周期长等缺点。

发明内容

为了解决现有采用高速相机通过观察窗拍摄火焰，存在成本高、密封难度大、准备周期长的技术问题，本发明提供了一种液体火箭发动机喷注器燃烧状态评估装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种液体火箭发动机喷注器燃烧状态评估装置，其特殊之处在于：包括连接组件、N个热电偶以及依次同轴设置的前法兰、身部、喷管和后法兰，N为大于等于2的整数；身部上设置有燃烧室，喷管上设置有与燃烧室同轴且连通的喉道；

所述连接组件用于紧固前法兰和后法兰，实现身部和喷管的夹紧；

所述身部外壁开设有与燃烧室连通的燃烧室测压孔，以及沿径向开设有轴向均布的N个热电偶放置孔，热电偶放置孔包括外孔和直径小于外孔的内孔，内孔底面与燃烧室内壁面之间存在距离h，h满足：

其中，p为燃烧室工作过程中的最高压力，d为内孔的直径，n为安全系数，可取2～5，σ为燃烧室材料的抗剪切强度，以上参数单位均为标准单位制。h在满足上述条件的前提下应尽量取小值；

相邻2个热电偶放置孔的轴线间隔为a，a满足：a≥2d′；

其中，d′为外孔的直径，在不影响安装热电偶的情况下，a的取值应尽量小。

所述N个热电偶分别设置在N个热电偶放置孔内，每个热电偶上设有与外孔配合的限位部，以及套装有位于限位部外侧的弹簧；

所述身部外壁设有热电偶放置孔的位置设有压板，用于通过弹簧将热电偶压紧在热电偶放置孔中。

进一步地，所述N个热电偶的外端部均伸出压板；

所述限位部为设置在热电偶外圆面的环形限位凸起，环形限位凸起设置在外孔上，弹簧的两端分别通过环形限位凸起外端面和压板内端面限位；

所述弹簧上套装有限位套筒，限位套筒的一端止靠于身部外壁，其另一端端与压板内端面之间存在距离。

进一步地，所述连接组件包括沿周向布置的M个锁紧件，M为大于等于2的整数，每个锁紧件包括长螺杆和2个第一螺母，长螺杆设置在前法兰和后法兰上，且两端分别伸出前法兰和后法兰后，分别与第一螺母连接。