火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)顆粒相沉積條件下絕熱層燒蝕的模擬裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)顆粒相沉積條件下絕熱 層燒蝕的模擬裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代固體火箭發(fā)動機(jī)設(shè)計中為了提高比沖與縮短發(fā)動機(jī)整體長度，通常在推進(jìn)劑 中加入金屬粉末（如Al，Mg)，與廣泛使用潛入噴管。然而在發(fā)動機(jī)工作過程中，隨著燃面 的推移在潛入噴管背壁區(qū)域逐漸形成一個空腔，該空腔內(nèi)存在復(fù)雜的回流區(qū)，由于顆粒相 具有較大的慣性，不容易追隨流線，因此在氣流偏轉(zhuǎn)較大的噴管背壁區(qū)域容易同氣流分離 而進(jìn)入回流區(qū)，繼而沉積在空腔內(nèi)成為熔渣；大型分段式固體火箭發(fā)動機(jī)水平試車結(jié)束時， 在下表面上有大量沉積的存在。
[0003] 目前國內(nèi)外對絕熱層燒蝕實(shí)驗(yàn)研宄技術(shù)主要集中在以下三個方面：（1)氧化性氣 體和絕熱層的化學(xué)燒蝕；（2)氣流對絕熱層的沖蝕；（3)顆粒相對絕熱層的機(jī)械侵蝕。然而 氧化鋁顆粒沉積條件下絕熱層燒蝕實(shí)驗(yàn)技術(shù)國內(nèi)文獻(xiàn)鮮有提及。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)顆粒相沉積條件下絕熱層燒蝕的模擬裝 置，以填補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中在凹腔內(nèi)沉積顆粒相的條件下，沒有研宄固體火箭發(fā)動機(jī)絕熱層燒 蝕現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)裝置的空白。
[0005] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)顆粒相沉積條件下絕熱層燒蝕的模擬 裝置，包括用于燃燒固體推進(jìn)劑的燃?xì)獍l(fā)生器，燃?xì)獍l(fā)生器的一端依次同軸連接收斂段、過 渡段、沉積段和噴管并形成貫通的腔體，燃?xì)獍l(fā)生器的另一端密封設(shè)置，燃?xì)獍l(fā)生器內(nèi)部設(shè) 有推進(jìn)劑和用于點(diǎn)燃推進(jìn)劑的點(diǎn)火藥包；
[0006] 沉積段的內(nèi)徑小于燃?xì)獍l(fā)生器的內(nèi)徑，收斂段為從燃?xì)獍l(fā)生器到沉積段光滑收縮 的中空錐形腔體，收斂段內(nèi)靠近過渡段的一端固定安裝有用于調(diào)節(jié)燃?xì)庵蓄w粒相濃度的調(diào) 節(jié)環(huán)，沉積段的腔體內(nèi)部設(shè)有通過重力作用來沉積顆粒相的沉積槽，沉積槽內(nèi)放置有絕熱 層試件；
[0007] 燃?xì)獍l(fā)生器中燃燒產(chǎn)生的氣固混合物流經(jīng)收斂段，用以調(diào)節(jié)其中顆粒相濃度，再 流經(jīng)過渡段到達(dá)沉積段，其中，顆粒相沉積至沉積槽，氣相通過噴管排出。
[0008] 進(jìn)一步的，燃?xì)獍l(fā)生器的密閉端連接有用于固定燃?xì)獍l(fā)生器的前封頭頂桿。
[0009] 進(jìn)一步的，點(diǎn)火藥包位于推進(jìn)劑的中心位置旁。
[0010] 進(jìn)一步的，調(diào)節(jié)環(huán)為內(nèi)壁光滑收縮的環(huán)狀鋼圈。
[0011] 進(jìn)一步的，沉積槽為設(shè)置在沉積段外壁上的開口，沉積槽開口端設(shè)置有可拆卸的 蓋板用以密封沉積槽。
[0012] 進(jìn)一步的，蓋板上設(shè)置有用于測量顆粒相沉積對絕熱層試件傳熱量的熱電偶。
[0013] 本發(fā)明的有益效果是，結(jié)構(gòu)簡單，安裝、使用方便；實(shí)驗(yàn)裝置通過改變調(diào)節(jié)環(huán)直徑 或沉積槽的沉積深度，從而調(diào)節(jié)顆粒相濃度與模擬大型固體火箭發(fā)動機(jī)噴管背壁凹腔內(nèi)顆 粒相沉積條件下絕熱層的燒蝕現(xiàn)象。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)顆粒相沉積條件下絕熱層燒蝕的模擬裝置的結(jié)構(gòu)示 意圖；
[0015] 圖2是圖1的B-B剖視圖。
[0016] 圖中，1.前封頭頂桿，2.燃?xì)獍l(fā)生器，3.推進(jìn)劑，4.點(diǎn)火藥包，5.收斂段，6.調(diào)節(jié) 環(huán)，7.過渡段，8.沉積段，9.沉積槽，10.噴管，11.絕熱層試件，12.熱電偶，13.蓋板。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0018] 本發(fā)明提供了一種火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)顆粒相沉積條件下絕熱層燒蝕的模擬裝置，如圖 1和圖2,包括用于燃燒固體推進(jìn)劑的燃?xì)獍l(fā)生器2,燃?xì)獍l(fā)生器2的一端依次同軸連接收斂 段5、過渡段7、沉積段8和噴管10并形成貫通的腔體，燃?xì)獍l(fā)生器2的另一端密封設(shè)置，燃 氣發(fā)生器2內(nèi)部設(shè)有推進(jìn)劑3和用于點(diǎn)燃推進(jìn)劑3的點(diǎn)火藥包4，
[0019] 沉積段8的內(nèi)徑小于燃?xì)獍l(fā)生器2的內(nèi)徑，收斂段5為從燃?xì)獍l(fā)生器2到沉積段8 光滑收縮的中空錐形腔體，收斂段5內(nèi)靠近過渡段7的一端固定安裝有用于調(diào)節(jié)燃?xì)庵蓄w 粒相濃度的調(diào)節(jié)環(huán)6,沉積段8的腔體內(nèi)部設(shè)有通過重力作用來沉積顆粒相的沉積槽9,沉 積槽9內(nèi)放置有絕熱層試件11 ;
[0020] 燃?xì)獍l(fā)生器2中燃燒產(chǎn)生的氣固混合物流經(jīng)收斂段5,用以調(diào)節(jié)其中顆粒相濃度， 再流經(jīng)過渡段7到達(dá)沉積段8,其中，顆粒相沉積至沉積槽9,氣相通過噴管10排出。
[0021] 燃?xì)獍l(fā)生器2為空心圓柱體，燃?xì)獍l(fā)生器2的一端密閉并安裝有前封頭頂桿1，前 封頭頂桿1用來固定燃?xì)獍l(fā)生器2,燃?xì)獍l(fā)生器2的另一端與收斂段5的入口端連通。前封 頭頂桿1與推力墩相頂，使得燃?xì)獍l(fā)生器2固定于試車臺架上。
[0022] 燃?xì)獍l(fā)生器2內(nèi)設(shè)置有推進(jìn)劑3和用于點(diǎn)燃推進(jìn)劑3的點(diǎn)火藥包4,點(diǎn)火藥包4位 于推進(jìn)劑3的中心位置旁。點(diǎn)火藥包4連接至設(shè)置在燃?xì)獍l(fā)生器2外壁上的點(diǎn)火電源，通 過點(diǎn)火藥包4可以點(diǎn)燃推進(jìn)劑3以產(chǎn)生燃?xì)鈿饬鳌?br>[0023] 收斂段5的燃?xì)馊肟诙顺叽绱笥谄淙細(xì)獬隹诙顺叽?，保證了沉積段8的內(nèi)徑小于 燃?xì)獍l(fā)生器2的內(nèi)徑，收斂段5的燃?xì)獬隹诙斯潭ò惭b有用于調(diào)節(jié)燃?xì)庵蓄w粒相濃度的調(diào) 節(jié)環(huán)6。調(diào)節(jié)環(huán)6為內(nèi)壁光滑收縮的環(huán)狀鋼圈。調(diào)節(jié)環(huán)的外徑固定尺寸，內(nèi)徑尺寸設(shè)計為多 種，實(shí)際工作中選擇合適內(nèi)徑尺寸的調(diào)節(jié)環(huán)6安裝在收斂段5與過渡段7相鄰的端部，用以 調(diào)整可燃混合物中顆粒相的濃度，由數(shù)值計算及試驗(yàn)結(jié)果可知，粒子沖刷速度和濃度增加 與調(diào)節(jié)環(huán)6直徑增加并不是簡單線性關(guān)系，因而根據(jù)實(shí)際模擬裝置的工作狀態(tài)，通?？梢?設(shè)置多個內(nèi)徑尺寸不同的調(diào)節(jié)環(huán)6,例如直徑分別為40mm，45mm，50mm，60mm和80mm。
[0024] 沉積槽9為設(shè)置在沉積段8外壁上的開口，沉積槽9開口端設(shè)置有可拆卸的蓋板 13用以密封沉積槽9,可拆卸的蓋板13上放置有絕熱層試件11。蓋板13上設(shè)置有用于測 量顆粒相沉積對絕熱層試件11傳熱量的熱電偶12。
[0025] 通過在試驗(yàn)段開設(shè)沉積槽9,可實(shí)現(xiàn)顆粒相在流場中的沉積，后期通過測厚儀與電 子顯微鏡等手段可得到絕熱層質(zhì)量燒蝕率與觀察到炭化層等微觀形貌，方便了對于顆粒相 沉積條件下絕熱層燒蝕狀況的研宄。
[0026] 本發(fā)明的工作過程為：用前封頭頂桿1與推力墩相頂，使得燃?xì)獍l(fā)生器2固定于試 車臺架；推進(jìn)劑3與點(diǎn)火藥包4裝于燃?xì)獍l(fā)生器2內(nèi)部遠(yuǎn)離收斂段5的一端，注意點(diǎn)火藥 包4應(yīng)懸掛于推進(jìn)劑3的藥面中心；點(diǎn)火藥包4經(jīng)24V點(diǎn)火電源激勵后將推進(jìn)劑3引燃； 點(diǎn)火后由推進(jìn)