本发明专利技术涉及一种模拟液体火箭发动机试验系统及方法，具体涉及一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统及杂质添加方法，解决模拟发动机真实高温、高压与高流速富氧燃气工作环境下，难以研究涡轮材料在有杂质冲刷条件下的耐温性能，导致发动机研制风险和成本高的技术问题。该带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，包括液氧供应模块、燃料供应模块与富氧燃气燃烧装置；液氧供应模块用于为富氧燃气燃烧装置供应氧化剂；燃料供应模块用于为富氧燃气燃烧装置供应燃料；杂质供应单元用于将待添加杂质通过液氧主管路输入富氧燃气燃烧装置。本发明专利技术杂质添加方法，可实现精准控制待添加杂质进入富氧燃气燃烧装置的速率，完成对待考核涡轮材料耐温性能的测试。料耐温性能的测试。料耐温性能的测试。
【技术实现步骤摘要】
带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统及杂质添加方法
[0001]本专利技术涉及一种模拟液体火箭发动机试验系统及方法，具体涉及一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统及杂质添加方法。
技术介绍
[0002]针对采用液氧煤油作为推进剂的液体火箭发动机，为了获得发动机较高的比冲性能，同时避免发动机涡轮及燃气导管等组件积碳，发动机系统方案通常选择高压富氧补燃循环系统。该类型发动机工作过程中，由燃气发生器燃烧产生的富氧燃气首先驱动涡轮做功，之后经燃气导管进入推力室，再与煤油进行补燃燃烧。
[0003]为了进一步提高现有高压富氧补燃循环液氧煤油发动机的性能，需要尽量提高富氧燃气发生器的工作温度。目前正在研制的富氧补燃循环液氧煤油发动机的富氧燃气温度已接近于下游涡轮材料的着火温度。而发动机工作过程中，其贮箱内会存在少量杂质，杂质中小于发动机入口过滤器孔径的微小杂质会随推进剂进入到发动机中。根据相关研究，富氧燃气环境下的杂质会导致涡轮材料的着火温度大幅下降，存在烧蚀发动机的风险。因此，为了确保发动机工作可靠性，需要准确获得杂质对涡轮材料着火温度的具体影响程度。
[0004]由于杂质对涡轮材料着火温度的影响程度与燃气压力、温度、流速等有较大关系，为了准确获得相关数据，需要在发动机真实工作参数的环境下来开展相关研究。由于发动机整机试车成本很高，通常不会用于开展材料性能相关的考核试验。因此，为了降低发动机研制风险和成本，必须在整机试车前开展富氧燃气环境下杂质对涡轮材料耐温性能的影响研究。
[0005]现有技术中，尚未见能够在模拟发动机真实高温、高压与高流速富氧燃气工作环境下，研究涡轮材料在有杂质冲刷条件下耐温性能的相关技术问题的报道。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是针对模拟发动机真实高温、高压与高流速富氧燃气工作环境下，难以研究涡轮材料在有杂质冲刷条件下的耐温性能，导致发动机研制风险和成本高的技术问题，而提供一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统及方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0008]一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，包括液氧供应模块、燃料供应模块；其特殊之处在于：还包括富氧燃气燃烧装置；
[0009]液氧供应模块与富氧燃气燃烧装置连接，液氧供应模块用于为富氧燃气燃烧装置供应氧化剂；
[0010]燃料供应模块与富氧燃气燃烧装置连接，燃料供应模块用于为富氧燃气燃烧装置供应燃料；
[0011]液氧供应模块包括液氧输入管路、液氧主管路、杂质供应单元以及预冷回流单元；
[0012]液氧输入管路的一端通过液氧主阀与液氧主管路输入端口连接，液氧输入管路的
另一端与外部液氧源连接；
[0013]液氧主管路的输出端口与富氧燃气燃烧装置连接；
[0014]杂质供应单元包括旁通液氧管路和杂质贮存管；杂质贮存管内沉积有待添加杂质；旁通液氧管路入口端与液氧输入管路的一端连接，旁通液氧管路出口端通过旁通氧阀和杂质贮存管的一端连接，杂质贮存管的另一端连接液氧主管路，且旁通液氧管路的入口端压力高于杂质供应单元的出口端压力，用于旁通液氧管路入口端与出口端形成压力差，使得液氧携带杂质贮存管中的待添加杂质进入液氧主管路，进而输入富氧燃气燃烧装置；
[0015]预冷回流单元用于为液氧输入管路与旁通液氧管路预冷。
[0016]进一步地，所述旁通液氧管路上设置有旁通路节流装置；
[0017]液氧主管路上设置有主路节流装置，主路节流装置位于液氧主管路与杂质贮存管的另一端连接位置的上方，且位于液氧主管路与液氧输入管路的一端连接位置的下方。可以保证旁通液氧管路的入口端和出口端有一定的压力差。
[0018]进一步地，还包括设置于旁通氧阀与杂质贮存管之间的旁通过滤器。旁通过滤器主要作用是在旁通氧阀打开前，防止在液氧主管路的高压作用下，待添加杂质倒流入旁通氧阀，对旁通氧阀的结构造成损害，不利于工作时杂质的顺利排出。
[0019]进一步地，所述预冷回流单元包括预冷排放管；
[0020]预冷排放管包括第一预冷管、通过预冷排放阀与第一预冷管连接的第二预冷管；
[0021]预冷排放管的一端通过液氧主阀分别与液氧输入管路的一端及液氧主管路连接，预冷排放管的另一端通过旁通氧阀连接旁通液氧管路的一端。
[0022]进一步地，所述杂质贮存管为半圆弧形结构；防止在旁通氧阀打开前，先打开液氧主阀时，液氧主管路内流速较高且压力较低，导致液氧主管路中液氧流动会对杂质贮存管产生一定的抽吸作用，所产生的抽吸作用将待添加杂质提前带入液氧主管路。
[0023]燃料供应模块通过燃料阀与所述富氧燃气燃烧装置连接。
[0024]同时，本专利技术还提供了一种杂质添加方法，基于上述的一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0025]1)试验前，对液氧输入管路与旁通液氧管路进行预冷；
[0026]2)打开液氧主阀，保证液氧主管路中液氧正常流动，并通过燃料供应模块给富氧燃气燃烧装置提供燃料，使得富氧燃气燃烧装置正常工作；
[0027]3)待试验中富氧燃气燃烧装置燃烧状态稳定后，再打开旁通氧阀，旁通液氧管路中的液氧携带杂质贮存管中的待添加杂质进入富氧燃气燃烧装置，实现在富氧燃气环境下对待考核涡轮材料试验件的冲刷。
[0028]进一步地，步骤3)具体为：
[0029]待试验中富氧燃气燃烧装置燃烧状态稳定后，再打开旁通氧阀，旁通液氧管路中的液氧携带杂质贮存管中的待添加杂质进入富氧燃气燃烧装置，通过调节液氧主管路上的主路节流装置和旁通液氧管路上的旁通路节流装置，控制待添加杂质进入富氧燃气燃烧装置的速率，实现在富氧燃气环境下对待考核涡轮材料试验件的冲刷。
[0030]进一步地，步骤3)中所述通过调节液氧主管路上的主路节流装置和旁通液氧管路上的旁通路节流装置控制待添加杂质进入富氧燃气燃烧装置的速率的具体方法为：
[0031]A、通过下式计算杂质贮存管内待添加杂质进入富氧燃气燃烧装置中的速率v4：
[0032][0033]式中：(μA)3为主路节流装置的有效流通面积；
[0034](μA)7为旁通路节流装置的有效流通面积；
[0035]q
m
为试验中氧化剂的总流量；
[0036]ρ为试验中氧化剂的密度；
[0037]A4为杂质贮存管的流通面积；
[0038]B、根据步骤A中的速率v4，调节液氧主管路上的主路节流装置和旁通液氧管路上的旁通路节流装置的有效流通面积，实现在富氧燃气环境下对待考核涡轮材料试验件的冲刷。
[0039]进一步地，还包括步骤4)：
[0040]试验结束时先关闭旁通氧阀，再关闭液氧主阀。
[0041]步骤1)之前还包括步骤0)：
[0042]将待添加杂质沉积在杂质贮存管中，并将杂质贮存管一端与液氧主管路连接，另一端通过旁通过滤器与旁通氧阀连接。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，包括液氧供应模块、燃料供应模块；其特征在于：还包括富氧燃气燃烧装置(11)；所述液氧供应模块与富氧燃气燃烧装置(11)连接，液氧供应模块用于为富氧燃气燃烧装置(11)供应氧化剂；所述燃料供应模块与富氧燃气燃烧装置(11)连接，燃料供应模块用于为富氧燃气燃烧装置(11)供应燃料；所述液氧供应模块包括液氧输入管路(13)、液氧主管路(1)、杂质供应单元以及预冷回流单元；所述液氧输入管路(13)的一端通过液氧主阀(2)与液氧主管路(1)输入端口连接，液氧输入管路(13)的另一端与外部液氧源连接；所述液氧主管路(1)的输出端口与富氧燃气燃烧装置(11)连接；所述杂质供应单元包括旁通液氧管路(8)和杂质贮存管(4)；所述杂质贮存管(4)内沉积有待添加杂质；旁通液氧管路(8)入口端与液氧输入管路(13)的一端连接，旁通液氧管路(8)出口端通过旁通氧阀(6)和杂质贮存管(4)的一端连接；杂质贮存管(4)的另一端连接液氧主管路(1)，且旁通液氧管路(8)的入口端压力高于杂质供应单元的出口端压力，用于旁通液氧管路(8)的入口端与出口端形成压力差，使得液氧携带杂质贮存管(4)中的待添加杂质进入液氧主管路(1)，进而输入富氧燃气燃烧装置(11)；所述预冷回流单元用于为液氧输入管路(13)与旁通液氧管路(8)预冷。2.根据权利要求1所述的一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，其特征在于：所述旁通液氧管路(8)上设置有旁通路节流装置(7)；所述液氧主管路(1)上设置有主路节流装置(3)，主路节流装置(3)位于液氧主管路(1)与杂质贮存管(4)的另一端连接位置的上方，且位于液氧主管路(1)与液氧输入管路(13)的一端连接位置的下方。3.根据权利要求2所述的一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，其特征在于：还包括设置于旁通氧阀(6)与杂质贮存管(4)之间的旁通过滤器(5)。4.根据权利要求3所述的一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，其特征在于：所述预冷回流单元包括预冷排放管(14)；所述预冷排放管(14)包括第一预冷管(141)、通过预冷排放阀(9)与第一预冷管(141)连接的第二预冷管(142)；所述预冷排放管(141)的一端通过液氧主阀(2)分别与液氧输入管路(13)的一端以及液氧主管路(1)连接，预冷排放管(142)的一端通过旁通氧阀(6)连接旁通液氧管路(8)的另一端。5.根据权利要求4所述的一种带有杂质添加功能的富氧燃气试验系统，其特征在于：所述杂质贮存管(4)为半圆弧形结...
【专利技术属性】
技术研发人员：高玉闪，李鹏飞，杨亚龙，赵剑，蒲星星，张晟，李娟，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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