[发明专利]一种用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置及方法

说明书

本发明提供一种用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置及方法，解决现有自燃型燃料点火过程中，无法采用普通碳氢燃料实验装置进行点火特性研究的问题。装置包括燃烧室、燃料供应单元、氧化剂供应单元、与燃烧室连通排气系统、设在燃烧室外侧壁的温控系统、高速摄像机和计算机；燃烧室设有视窗口、燃料进气口和氧化剂进气口；燃料供应单元包括燃料罐和燃料供应管；燃料供应管设在燃料进气口上，出口伸向燃烧室中心，入口与燃料罐相连通；氧化剂供应单元包括氧化剂罐和氧化剂供应管；氧化剂供应管设在氧化剂进气口上，入口与氧化剂罐相连通；高速摄像机拍摄燃料与氧化剂从相遇到点火过程的图像；计算机对图像处理，获得自燃型燃料点火延迟时间。

技术领域

本发明涉及燃烧实验技术领域，具体涉及一种用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置及方法。

背景技术

液体推进剂作为一种特殊的高能化学物质，通过燃料在燃烧室内发生放热反应来产生高温高压的气体，之后利用喷嘴形成一定的推力，从而达到推动航天飞机等航天器的目的。

目前，液体推进剂主要分为两大类：常温的肼类双组元推进剂(自燃型燃料)和低温的液氢、液氧、液氧煤油推进剂(低温推进剂)。低温推进剂储存困难，需要独立的点火系统，否则试验失败的风险会增加。肼类双组元推进剂是以肼类为燃料，以硝基类为氧化剂的自点火液体推进剂，这类推进剂可以通过燃料与氧化剂接触后的化学反应释放能量实现自点火，因此不需要辅助的点火系统。与低温推进剂相比较，肼类双组元推进剂(自燃型燃料)的点火更加可靠，由于不需要冷却系统和点火系统，肼类双组元推进剂(自燃型燃料)的推重比更高，并且可以实现多次重复启动，可广泛应用于各类航天器。

为了研究自燃型燃料的点火特性，需对自燃型燃料进行相应的点火及燃烧实验。而现有实验装置，例如定容燃烧弹、激波管、快速压缩机等，对于一般碳氢燃料来说，能够精确的研究燃料的各种性能，火焰传播过程，温度变化，可燃气体、可燃粉尘的燃烧性能。但自燃型燃料点火过程中，燃料和氧化剂一旦相遇，就马上会发生点火现象，无法像普通碳氢燃料一样，可预先制备燃料氧化剂混合气再进行相应的点火及燃烧实验。

因此，目前不存在一种有效的实验装置，能够用于自燃型燃料的点火特性实验研究。

发明内容

为了解决现有自燃型燃料点火过程中，燃料和氧化剂一旦相遇会发生点火现象，无法采用普通碳氢燃料的实验装置进行点火特性研究的技术问题，本发明提供了一种用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种用于自燃型燃料点火特性研究的实验装置，其特殊之处在于：包括燃烧室、进样系统、排气系统、温控系统以及数据采集与处理系统；

所述燃烧室采用不锈钢材质，其端部设有视窗口，侧壁开设有沿燃烧室同一周向布置的燃料进气口和氧化剂进气口；

所述进样系统包括燃料供应单元和氧化剂供应单元；

所述燃料供应单元包括燃料罐、单向阀、燃料质量流量计和燃料供应管；燃料供应管设置在燃料进气口上，出口端伸向燃烧室中心，且处于视窗口可观测范围内，入口端通过依次设置的燃料质量流量计、单向阀与燃料罐相连通；

所述氧化剂供应单元包括氧化剂罐、第一机械阀和氧化剂供应管；氧化剂供应管设置在氧化剂进气口上，出口端朝向燃烧室中心，并处于视窗口可观测范围内，入口端通过依次设置的第一机械阀与氧化剂罐相连通；

所述排气系统位于燃烧室外，并与燃烧室内腔连通；

所述温控系统包括加热带和温度调节器，加热带包裹在燃烧室外侧壁上，温度调节器与加热带相连；