一种气固两相旋转爆震实验系统技术方案

本发明专利技术属于先进自增压气固两相燃烧系统研究和设计技术领域，具体涉及一种气固两相旋转爆震实验系统。所述气固两相旋转爆震实验系统包括：多个气瓶、流量阀、碳粉粉盒、阀门、碳粉混合器、燃气加热器、空气加热器和旋转爆震燃烧器；该系统能够模拟一次燃气与来流空气进入燃烧室后的掺混起爆过程，并通过监测压力、温度和推力等实验信号，获得气固两相旋转爆震发动机在全工况条件下的工作图谱。动机在全工况条件下的工作图谱。动机在全工况条件下的工作图谱。

【技术实现步骤摘要】
一种气固两相旋转爆震实验系统


[0001]本专利技术属于先进自增压气固两相燃烧系统研究和设计
，具体涉及一种气固两相旋转爆震实验系统。

技术介绍

[0002]固体冲压发动机是战术武器系统发展的重要方向。在该型发动机中，固体推进剂产生的一次燃气与进气道捕获的来流空气进入到补燃室中掺混燃烧，其掺混燃烧效率直接影响发动机的整体性能。在传统的等压补燃室中，一次燃气和空气通过剪切层中的扩散火焰进行燃烧，这一燃烧组织方式掺混效率不高，使得补燃室尺寸较大，发动机结构不紧凑。旋转爆震作为一种先进的燃烧组织方式，具有循环热效率高、结构紧凑和推力连续等优点。使用旋转爆震燃烧室代替固体冲压发动机传统的等压燃烧室，能够提高发动机的掺混燃烧效率，缩短发动机结构尺寸，因而具有潜在的性能优势。
[0003]然而，固体推进剂产生的一次燃气除了包含氢气和一氧化碳等碳氢燃料外，还包含大量的金属和非金属颗粒，如碳粉、铝粉和硼粉等。这些可燃颗粒与气相燃料一起参与掺混燃烧过程，使得旋转爆震燃烧室内存在复杂的气固两相燃烧。目前，气固两相旋转爆震的相关研究尚不完备，现有的研究结果尚不足以支撑固体冲压旋转爆震发动机的设计和性能评判，因而相关的实验研究亟待开展。
[0004]固体推进剂成本高，危险性大，其产生的燃气难以实现快速调节，因而直接使用固体推进剂开展实验，难以快速获得气固两相旋转爆震燃烧室在全工况范围内的工作图谱。

技术实现思路

[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本专利技术要解决的技术问题是：如何模拟真实工况条件下，固体推进剂产生的一次燃气组分，以及如何实现模拟的一次燃气和空气的加热。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种气固两相旋转爆震实验系统，所述气固两相旋转爆震实验系统包括：多个气瓶、流量阀、碳粉粉盒、阀门、碳粉混合器、燃气加热器、空气加热器和旋转爆震燃烧器；
[0009]所述实验系统的工作过程包括：
[0010]步骤1：根据推进剂的配方，将从多个接有流量阀的气瓶分别输出的氢气、一氧化碳和氮气以一定的配比混合，以此来模拟一次燃气的气相组分；
[0011]混合后的气体进入到碳粉混合器中，从接有阀门的碳粉粉盒输出的碳粉自上而下流入碳粉混合器，气体则从左向右通过碳粉混合器，实现气体与粉末颗粒充分混合，获得气固两相混合物；
[0012]从碳粉混合器流出后，气固两相混合物进入到燃气加热器的集气腔中，集气腔内的混合物通过与加热套筒内的高温气体对流换热进行加热，随后排出，至此便可实现一次
燃气的模拟；
[0013]步骤2：空气以设定流量进入到空气加热器中；
[0014]步骤3：加热后的气固两相混合物和空气进入到旋转爆震燃烧室中，通过预爆管起爆，形成旋转爆震波；
[0015]过程中，通过对燃烧室压力、温度和推力信号的监测，获取燃烧室内部的工作过程。
[0016]其中，所述步骤1中，根据推进剂配方，氢气、一氧化碳和氮气以一定的比例从气瓶输出，经过碳粉混合器后形成气固两相混合物，随后通过燃气加热器加热达到一次燃气温度，实现固体推进剂一次燃气的模拟。
[0017]其中，所述步骤2中，空气通过加热器加热来模拟真实工况条件下的来流温度。
[0018]其中，所述步骤3中，气固两相混合物和高温空气分别以壅塞方式进入到旋转爆震燃烧室中，通过预爆管实现起爆，形成旋转爆震波。
[0019]其中，所述步骤1中，氢气、一氧化碳和氮气以一定的配比从气瓶输出，进入到碳粉混合器中；在碳粉混合器中，阀门打开后，碳粉从碳粉粉盒中自上而下流入到碳粉混合器内，并被输送气体带出碳粉混合器，形成气固两相混合物。
[0020]其中，所述碳粉混合器下方设有凹槽，用来回收未被气体带走的碳粉。
[0021]其中，所述实验系统还包括：油箱、油泵；
[0022]所述步骤1中，从碳粉混合器流出后，气固两相混合物进入到燃气加热器的集气腔中，集气腔外面套着一个加热套筒，从油箱经油泵输出的煤油和氧气进入到加热套筒中被火花塞点燃，燃烧后变为高温气体，高温气体通过集气腔表面缠绕的螺旋形排气管排出加热套筒，以此来延长高温气体在加热套筒内的驻留时间，尽可能实现对集气腔的充分加热；
[0023]加热套筒壁采用隔热措施减少热量损失；
[0024]经过加热的高温气固两相混合物从集气腔中排出，排出气体即为推进剂一次燃气的模拟气体。
[0025]其中，所述实验系统还包括：油箱、油泵；
[0026]所述步骤2中，空气以设定流量输入空气加热器中，从油箱经油泵输出的煤油和氧气同时以当量配比输入空气加热器中被火花塞点燃，借助煤油/氧气火焰对空气进行加热；
[0027]由于空气加热温度不高，煤油和氧气的流量较小，因而对空气气体组分的影响忽略不计。
[0028]其中，所述步骤3中，加热后的气固两相混合物通过壅塞型流道进入环形的旋转爆震燃烧器，空气则通过斜向小孔或环缝进入旋转爆震燃烧器；
[0029]在靠近旋转爆震燃烧器头部设置预爆管，其产生的高温高压气体引爆混合物，形成旋转爆震波；
[0030]在旋转爆震燃烧器内壁设置压力和温度传感器，并在实验台架安装推力传感器，用来监测发动机的工作过程。
[0031]其中，所述燃气加热器的集气腔、加热套筒及随后的燃气导管采用镍基高温合金制造，所述旋转爆震燃烧室内壁粘贴碳酚醛和环氧树脂绝热层，或在外壁面增加水冷套筒；
[0032]其余部件使用耐热不锈钢制造。
[0033](三)有益效果
[0034]基于现有现状，本专利技术提出一种气固两相旋转爆震实验系统设计方案，通过燃气配比和加热，实现真实发动机工况条件下一次燃气和来流空气的模拟。进一步地，模拟的一次燃气和来流空气进入到旋转爆震燃烧室中混合起爆，形成旋转爆震波。通过监测各物理量信号，研究燃烧室内部的工作过程，掌握发动机的整体性能。
[0035]与现有技术相比较，本专利技术的技术效果体现在以下几个方面：
[0036](1)通过设计碳粉混合器，实现气体与固相颗粒的充分混合。通过调整阀门的开关程度，实现气体组分及颗粒含量的宽范围调节。
[0037](2)通过设计燃气加热器，能够将气固两相混合物加热至1400K以上。
[0038](3)通过设计空气加热器，能够将空气加热至700K。
[0039](4)通过壅塞型流道设计，满足旋转爆震燃烧室入口的音速喷注条件。
[0040](5)通过整个实验方案的设计，能够实现模拟的一次燃气和空气的流量和温度在宽工况范围内的调节，通过对旋转爆震燃烧室的燃烧诊断分析，获得气固两相旋转爆震发动机在全工况范围内的工作图谱。
附图说明
[0041]图1为本专利技术技术方案整体结构图。
具体实施方式
[0042]为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气固两相旋转爆震实验系统，其特征在于，所述气固两相旋转爆震实验系统包括：多个气瓶、流量阀、碳粉粉盒、阀门、碳粉混合器、燃气加热器、空气加热器和旋转爆震燃烧器；所述实验系统的工作过程包括：步骤1：根据推进剂的配方，将从多个接有流量阀的气瓶分别输出的氢气、一氧化碳和氮气以一定的配比混合，以此来模拟一次燃气的气相组分；混合后的气体进入到碳粉混合器中，从接有阀门的碳粉粉盒输出的碳粉自上而下流入碳粉混合器，气体则从左向右通过碳粉混合器，实现气体与粉末颗粒充分混合，获得气固两相混合物；从碳粉混合器流出后，气固两相混合物进入到燃气加热器的集气腔中，集气腔内的混合物通过与加热套筒内的高温气体对流换热进行加热，随后排出，至此便可实现一次燃气的模拟；步骤2：空气以设定流量进入到空气加热器中；步骤3：加热后的气固两相混合物和空气进入到旋转爆震燃烧室中，通过预爆管起爆，形成旋转爆震波；过程中，通过对燃烧室压力、温度和推力信号的监测，获取燃烧室内部的工作过程。2.如权利要求1所述的气固两相旋转爆震实验系统，其特征在于，所述步骤1中，根据推进剂配方，氢气、一氧化碳和氮气以一定的比例从气瓶输出，经过碳粉混合器后形成气固两相混合物，随后通过燃气加热器加热达到一次燃气温度，实现固体推进剂一次燃气的模拟。3.如权利要求2所述的气固两相旋转爆震实验系统，其特征在于，所述步骤2中，空气通过加热器加热来模拟真实工况条件下的来流温度。4.如权利要求3所述的气固两相旋转爆震实验系统，其特征在于，所述步骤3中，气固两相混合物和高温空气分别以壅塞方式进入到旋转爆震燃烧室中，通过预爆管实现起爆，形成旋转爆震波。5.如权利要求4所述的气固两相旋转爆震实验系统，其特征在于，所述步骤1中，氢气、一氧化碳和氮气以一定的配比从气瓶输出，进入到碳粉混合器中；在碳粉混合器中，阀门打开后，碳粉从碳粉粉盒中自上而下流入到碳粉混合器内，并被输送气体...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，王昭，陈俊屹，田小涛，汤祥，颜密，黄萌，
申请(专利权)人：西安现代控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：