[发明专利]一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置及方法

权利要求书

1.一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，其特征在于，包括：光学传感器(2)、光纤(3)和燃烧分析仪(4)，所述光学传感器(2)用于采集点火器内火焰的光学信号，通过所述光纤(3)传输至燃烧分析仪(4)，所述燃烧分析仪(4)根据光学信号，采用点火判断算法对点火状态进行判断，所述点火判断算法表达式为：

式中，I_i(t)为火焰在特征谱段范围内的光强，I^*为点火阈值；

当满足上述表达式时，判定点火成功，否则判定点火失败。

2.根据权利要求1所述的一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，其特征在于，所述特征谱段波长范围为305～315nm。

3.根据权利要求1所述的一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，其特征在于，所述光学传感器(2)包括：外壳(6)、石英玻璃透镜(7)、垫圈(8)和光纤接头(9)；用于与点火器连接的所述外壳(6)内部设有腔体，所述腔体设有台阶结构，所述石英玻璃透镜(7)、垫圈(8)与光纤接头(9)由下至上依次安装在所述腔体内；所述石英玻璃透镜(7)为阶梯结构，通过所述台阶结构固定在所述腔体下端部；所述光纤接头(9)的下端将所述垫圈(8)压紧在所述石英玻璃透镜(7)上；所述光纤(3)的一端内嵌于所述光纤接头(9)中。

4.根据权利要求3所述的一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，其特征在于，所述光纤接头(9)与所述外壳(6)连接处涂抹有密封胶，所述密封胶的工作温度不低于800℃。

5.根据权利要求4所述的一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，其特征在于，所述石英玻璃透镜(7)的厚度满足如下表达式：

式中：R为石英玻璃透镜阶梯结构尺寸较小部分的半径，h为石英玻璃透镜整体的最大厚度，σ为石英玻璃透镜在压力温度载荷下最大拉应力，T为石英玻璃透镜温度，f(σ,T)为关于σ、T函数组，α、λ、ρ、E、C_p分别为石英玻璃透镜的热膨胀系数、导热系数、密度、弹性模量和定压比热容，h_g、T_g、P分别为点火器点火产生的燃气的对流换热系数、温度和压力，π为圆周率常数。

6.根据权利要求5所述的一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，其特征在于，所述石英玻璃透镜(7)的工作温度不低于500K。

7.根据权利要求3～6之一所述的一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，其特征在于，所述石英玻璃透镜(7)为透光波段为275～320nm的UVB紫外波段透镜。

8.根据权利要求3～6之一所述的一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，其特征在于，所述石英玻璃透镜(7)为透光波段为380～780nm的可见光透镜。

9.根据权利要求3～6之一所述的一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，其特征在于，所述垫圈(8)为紫铜材质的平垫圈。

10.一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤A、将石英玻璃透镜(7)通过台阶结构固定在外壳(6)内部腔体的下端部，光纤接头(9)的下端将垫圈(8)压紧在所述石英玻璃透镜(7)上，光纤(3)的一端内嵌于光纤接头(9)中；

步骤B、将光学传感器(2)通过外壳(6)与点火器燃气腔连接；

步骤C、点火器点火后，光学传感器(2)的石英玻璃透镜(7)采集点火器内火焰的光学信号并传输至光纤(3)；

步骤D、光纤(3)将采集的光学信号传输至燃烧分析仪(4)；

步骤E、燃烧分析仪(4)根据采集的光学信号采用点火判断算法对点火状态进行判断，所述点火判断算法表达式为：

式中，I_i(t)火焰在特征谱段范围内的光强，I^*为点火阈值；

当满足上述表达式时，判定点火成功，否则判定点火失败。