[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

说明书

本发明提供了一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，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。本发明还提供了使用该装置进行液体火箭发动机点火诊断的方法。本发明装置及方法具有响应速度快，可重复使用，可对点火过程进行量化分析的优点，有效提升了液体火箭发动机点火的可靠性。

技术领域

本发明属于液体火箭发动机点火监测领域，特别涉及一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置及方法。

背景技术

国内外液体火箭发动机广泛采用火炬式电点火器进行点火，其具有点火能量高、可多次启动、结构简单、便于维护的特点，但是受到推进剂状态(气态、液态、气液两相)、吹除工质积存量、火花能量、背压环境等诸多因素影响，点火器工作在大范围变动的工况下，通用的测试手段(温度、压力、振动等)很难判断点火器内工作状态，进而导致发动机点火失败，甚至由于点火延迟时间过长引发发动机爆炸。

目前的液体火箭发动机火炬式电点火器点火诊断装置具备以下不足：传统的点火状态判断根据火焰的瞬时参数状态判断是否点火成功，存在误判的风险。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置及方法，通过对火焰特征谱段的光强进行时间积分判断火焰是否连续可靠，提高点火判断的精度。

本发明的技术解决方案是：

一种用于液体火箭发动机的光学点火诊断装置，包括：光学传感器、光纤和燃烧分析仪，所述光学传感器用于采集点火器内火焰的光学信号，通过所述光纤传输至燃烧分析仪，所述燃烧分析仪根据光学信号，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。

优选的，所述特征谱段波长范围为305～315nm。

优选的，所述光学传感器包括：外壳、石英玻璃透镜、垫圈和光纤接头；用于与点火器连接的所述外壳内部设有腔体，所述腔体设有台阶结构，所述石英玻璃透镜、垫圈与光纤接头由下至上依次安装在所述腔体内；所述石英玻璃透镜为阶梯结构，通过所述台阶结构固定在所述腔体下端部；所述光纤接头的下端将所述垫圈压紧在所述石英玻璃透镜上；所述光纤的一端内嵌于所述光纤接头中。

优选的，所述光纤接头与所述外壳连接处涂抹有密封胶，所述密封胶的工作温度不低于800℃。

优选的，所述石英玻璃透镜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。

优选的，所述石英玻璃透镜的工作温度不低于500K。

优选的，所述石英玻璃透镜为透光波段为275～320nm的UVB紫外波段透镜。

优选的，所述石英玻璃透镜为透光波段为380～780nm的可见光透镜。

优选的，所述垫圈为紫铜材质的平垫圈。