[实用新型]一种考核固体火箭发动机喷管效率的试验装置

说明书

本实用新型公开了一种考核固体火箭发动机喷管效率的试验装置，试验装置悬空悬挂，且水平放置；包括：筒体段、第一喷管和第二喷管，其中：筒体段，为一筒状壳体围成的腔体结构，左右两端均为敞口状；其水平放置，且悬空悬挂；其腔体内用于放置内孔型的药柱，且药柱水平放置；第一喷管和第二喷管分别安装于筒体段的两端，均与筒体段相连通；且第一喷管和第二喷管的内型面不相同；第二喷管和第一喷管用于：在药柱燃烧产生燃气时，由左右两端排出燃气，并产生推力，且在左右两端存在推力差时，使试验装置以水平面为基准，一端向上、另一端向下偏移。使用该试验装置，实现了一次试验可对比考核两种喷管的效率差。

技术领域

本实用新型属于发动机性能测试技术领域，具体涉及一种考核固体火箭发动机喷管效率的试验装置。

背景技术

喷管是固体火箭发动机的关键部件，起着控制燃烧室压强，维持装药正常燃烧，使燃气无阻地加速，以使热能最大可能地转化为动能，进而产生推力的作用。喷管内型面对喷管效率有着重要的影响，选择适当的喷管内型面，尽量减少如摩擦、散热、气流扩张、气流分离和二相流损失等各种损失，可以大幅提高发动机性能。喷管效率每增加1％，可使比冲增加约3s左右。因此，有必要进行喷管内型面优化设计研究，同时通过试验进行考核验证，以期进一步提高固体火箭发动机的喷管效率。

由于喷管喉径和喷管出口直径(或扩张比)总体已经给定，为了获得超声速气流，喷管的内表面都是收敛-扩张的拉瓦尔型面，所以喷管内型面设计主要是确定喷管内表面的形状，包括收敛段、喉部和扩张段三个部分的型面参数，以便使所设计的喷管具有最高的效率。喷管收敛段的作用是把燃气逐渐加速到声速，由于收敛段的形状不同，燃气加速程度不同，由此造成喉部声速分布不同，从而使喷管出口面上燃气参数分布不均匀，造成一部分性能损失。根据大量试验结果证明，收敛段形状设计不合理，会造成喷管性能损失约2％～3％。喷管超声速段俗称喷管扩张段，它的功能是使燃气继续加速到超声速，从喷管出口排出产生推力。根据发动机的实用要求，一般对固体发动机的长度限制很严，在给定的长度范围内，喷管扩张段一般设计为锥形和钟形两种不同形式。由于钟形扩张段是根据空气动力学特征线原理造型的，在扩张比相等的条件下，它的性能要比锥形扩张段好。但由于特征线法设计钟形扩张段的型面较为烦琐，实际工程上常采用双圆弧法和抛物线法的近似方法来替代用特征线方法求得扩张段型面。目前，大多数固体推进剂中都含有铝粉，因此燃气中就含有一定量的Al₂O₃凝相颗粒，是典型的两相流动。虽然双圆弧法和抛物线法也适用于两相流中扩张段型面的设计，但是由于两相流的影响，在确定特征变量(喷管出口半角、喷管长度、气流最大初始膨胀角等参数)时存在多变量的选择，因此，有必要设计一种新型的考核喷管效率的专用试验装置来解决该问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种考核固体火箭发动机喷管效率的试验装置，实现了一次试验可对比考核两种喷管的效率差。

本实用新型采用以下技术方案：一种考核固体火箭发动机喷管效率的试验装置，试验装置悬空悬挂，且水平放置；包括：筒体段、第一喷管和第二喷管，其中：筒体段，为一筒状壳体围成的腔体结构，左右两端均为敞口状；其水平放置，且悬空悬挂；其腔体内用于放置内孔型的药柱，且药柱水平放置；

第一喷管和第二喷管分别安装于筒体段的两端，均与筒体段相连通；且第一喷管和第二喷管的内型面不相同；

第二喷管和第一喷管用于：在药柱燃烧产生燃气时，由左右两端排出燃气，并产生推力，且在左右两端存在推力差时，使试验装置以水平面为基准，一端向上、另一端向下偏移。

进一步地，该第一喷管和第二喷管的材质相同，初始喉径相同，出口膨胀比相同。

进一步地，在试验装置的质心处，且位于筒体段的外壳上固定有一吊绳，吊绳用于悬挂筒体段。

进一步地，该在筒体段的左右两端，且位于其上方对应设置有竖直向的第二标尺杆和第一标尺杆，第一标尺杆和第二标尺杆作为试验装置偏移量的判断基准。