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一種燃燒室聲學研究裝置.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510347545.4

申請日:

2015.06.19

公開號:

CN105020051A

公開日:

2015.11.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F02K 9/62申請日:20150619|||公開
IPC分類號: F02K9/62; F02K9/64; F02K9/44 主分類號: F02K9/62
申請人: 中國人民解放軍裝備學院
發明人: 聶萬勝; 安紅輝; 蘇凌宇; 劉松; 田希暉
地址: 101416北京市懷柔區3380信箱98號
優先權:
專利代理機構: 南京經緯專利商標代理有限公司32200 代理人: 石艷紅
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510347545.4

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.04.05|||2015.12.02|||2015.11.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本申請公開了一種燃燒室聲學研究裝置,包括推進劑脈動供給裝置、燃燒室和燃燒室長度連續調節裝置。推進劑脈動供給裝置包括臺架、電動脈沖器、連桿、下彎頭、剛性直管和上彎頭。燃燒室長度連續調節裝置包括設在燃燒室中的水壓力管路和滑動噴注器,滑動噴注器包括滑動套、氧氣管和燃料腔;滑動套包括錐形頭部和中空的導向滑桿;導向滑桿內設與上彎頭相連接的推進劑供給管路;下彎頭與液體狀的推進劑源相連接。采用上述結構后,能使燃燒室中的推進劑實現脈動供給,能模擬真實的供給脈動。另外,推進劑的脈動供給,能激發燃燒室中的各種模態的聲學振蕩,從而能用來研究各種聲學振蕩對發動機燃燒穩定性的影響。

權利要求書

權利要求書
1.  一種燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:包括推進劑脈動供給裝置、燃燒室和燃燒室長度連續調節裝置;
所述推進劑脈動供給裝置包括臺架、固定于臺架底板上的電動脈沖器、垂直設置于電動脈沖器頂部的連桿、固定設置于連桿頂端的下彎頭、固定設置于下彎頭頂端的剛性直管、固定設置于剛性直管頂端的上彎頭;
所述燃燒室長度連續調節裝置包括滑動噴注器和能驅動滑動噴注器沿燃燒室軸向移動的滑動驅動組件;所述滑動噴注器設置于燃燒室內,并將燃燒室分為燃燒區和非燃燒區;
所述滑動噴注器包括滑動套、氧氣管、擋油環和燃料腔;
所述滑動套包括能與燃燒室內壁密封滑動配合的錐形頭部和一根中空的導向滑桿;
所述錐形頭部與氧氣管密封固定連接,形成氧腔;氧腔的前端依次設置有所述擋油環和燃料腔;所述燃料腔、氧氣管上的圓孔和擋油環一起構成指向燃燒區的噴嘴結構;
所述導向滑桿從燃燒室的后側端蓋中穿出并與后側端蓋滑動密封連接;所述導向滑桿內置有推進劑供給管路;
所述下彎頭與液體狀的推進劑源相連接,上彎頭與所述推進劑供給管路相連接。

2.  根據權利要求1所述的燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:所述滑動驅動組件為設置于燃燒室中非燃燒區內的水壓力管路。

3.  根據權利要求1所述的燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:所述下彎頭的一個自由端通過下軟管與推進劑源相連接,上彎頭的一個自由端通過上軟管與所述導向滑桿內的推進劑供給管路相連接。

4.  根據權利要求1所述的燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:所述燃燒室還連接有冷卻裝置,該冷卻裝置包括冷卻內芯、冷卻夾層和冷卻外套,其中,冷卻內芯與燃燒室的前側端蓋固定連接,冷卻夾層與冷卻內芯相配合,冷卻外套套裝于冷卻夾層的外周;所述冷卻外套上設置有冷卻水入口和冷卻水出口。

5.  根據權利要求1所述的燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:所述剛性直管的內徑取決于推進劑流動的速度,推進劑流動的速度不超過12m/s。

6.  根據權利要求1所述的燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:所述電動脈沖器為變頻脈沖器。

7.  根據權利要求1或5所述的燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:所述剛性直管的長度取決于電動脈沖器的脈沖幅度和推進劑的可壓縮性。

8.  根據權利要求7所述的燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:所述剛性直管的長度比電動脈沖器發出的脈沖波長小10倍以上。

9.  根據權利要求1所述的燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:所述上彎頭和下彎頭均為直角彎管。

10.  根據權利要求1所述的燃燒室聲學研究裝置,其特征在于:所述電動脈沖器、連桿和剛性直管均為同軸設置。

說明書

說明書一種燃燒室聲學研究裝置
技術領域
本申請涉及一種液體振蕩裝置,特別是一種燃燒室聲學研究裝置,用于考察振蕩對發動機燃燒穩定性的影響。
背景技術
隨著航天探索競爭越來越激烈和人們意識的增強,迫切需要研究新型大推力火箭發動機。火箭發動機研制是一項重大系統工程,研制過程中會遇到許多困難,其中不穩定性燃燒是不可逾越的重大課題。
由于不穩定燃燒的復雜性一般在發動機研制初級階段就要考慮燃燒穩定性因素。現有理論還無法完全解釋不穩定燃燒的產生機理,需要通過試驗驗證完成發動機的穩定性評定。
發動機不穩定燃燒的影響影響因素眾多,振蕩就是其中一個重要的影響因素。然而,目前還沒有專門的試驗裝置,用來研究振蕩對發動機燃燒穩定性的影響。
申請內容
本申請要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足,而提供一種燃燒室聲學研究裝置,該燃燒室聲學研究裝置通過對推進劑脈動供給,激發燃燒室內的聲學振蕩,從而用來研究振蕩對發動機燃燒穩定性的影響。
為解決上述技術問題,本申請采用的技術方案是:
    一種燃燒室聲學研究裝置,包括推進劑脈動供給裝置、燃燒室和燃燒室長度連續調節裝置;
所述推進劑脈動供給裝置包括臺架、固定于臺架底板上的電動脈沖器、垂直設置于電動脈沖器頂部的連桿、固定設置于連桿頂端的下彎頭、固定設置于下彎頭頂端的剛性直管、固定設置于剛性直管頂端的上彎頭;
所述燃燒室長度連續調節裝置包括滑動噴注器和能驅動滑動噴注器沿燃燒室軸向移動的滑動驅動組件;所述滑動噴注器設置于燃燒室內,并將燃燒室分為燃燒區和非燃燒區。
所述滑動噴注器包括滑動套、氧氣管、擋油環和燃料腔。
所述滑動套包括能與燃燒室內壁密封滑動配合的錐形頭部和一根中空的導向滑桿。
所述錐形頭部與氧氣管密封固定連接,形成氧腔;氧腔的前端依次設置有所述擋油環和燃料腔;所述燃料腔、氧氣管上的圓孔和擋油環一起構成指向燃燒區的噴嘴結構。
所述導向滑桿從燃燒室的后側端蓋中穿出并與后側端蓋滑動密封連接;所述導向滑桿內置有推進劑供給管路。
所述下彎頭與液體狀的推進劑源相連接,上彎頭與所述推進劑供給管路相連接。
所述滑動驅動組件為設置于燃燒室中非燃燒區內的水壓力管路。
所述下彎頭的一個自由端通過下軟管與推進劑源相連接,上彎頭的一個自由端通過上軟管與所述導向滑桿內的推進劑供給管路相連接。
    所述燃燒室還連接有冷卻裝置,該冷卻裝置包括冷卻內芯、冷卻夾層和冷卻外套,其中,冷卻內芯與燃燒室的前側端蓋固定連接,冷卻夾層與冷卻內芯相配合,冷卻外套套裝于冷卻夾層的外周;所述冷卻外套上設置有冷卻水入口和冷卻水出口。
    所述剛性直管的內徑取決于推進劑流動的速度,推進劑流動的速度不超過12m/s。
    所述電動脈沖器為變頻脈沖器。
    所述剛性直管的長度取決于電動脈沖器的脈沖幅度和推進劑的可壓縮性。
    所述剛性直管的長度比電動脈沖器發出的脈沖波長小10倍以上。
    所述上彎頭和下彎頭均為直角彎管。
所述電動脈沖器、連桿和剛性直管均為同軸設置。
    本申請采用上述結構后,具有如下有益效果:
    1.上述推進劑脈動供給裝置的設置,能使燃燒室中的推進劑實現脈動供給,能模擬真實的供給脈動。另外,該推進劑的脈動供給,能激發燃燒室中的各種模態的聲學振蕩,從而能用來研究各種聲學振蕩對發動機燃燒穩定性的影響。
    2.上述燃燒室長度連續調節裝置的設置,能使燃燒室的長度可變,由短變長或由長變短,而且是連續變化;能夠用于研究由于燃燒室的長度連續變化,所引起的燃燒室聲學模態的連續變化對燃燒穩定性的影響,隨著燃燒室的連續變化,可以在燃燒室內模擬出各種聲學模態,而且是連續變化,比如在實際燃燒室長度由短邊長時,燃燒室內的聲學模態會由純一階切向聲學模態向一階切向和一階縱向耦合模態轉變,接著會變為更高階次的聲學模態直至一階縱向模態;當實際燃燒室長度由長變短時,聲學模態的變化正好相反,所以能夠模擬出真實燃燒室內所遇到的各種聲學振蕩條件,用于考察噴注器結構形式乃至整個發動機的燃燒穩定性。通過變化滑動噴注器上的噴嘴的結構形式乃至布局方式,從而得到穩定性較好的噴注器乃至發動機結構。
附圖說明
圖1顯示了本申請一種燃燒室聲學研究裝置的結構示意圖;
圖2顯示了本申請中推進劑脈動供給裝置的結構示意圖;
圖3顯示了本申請中燃燒室與燃燒室長度連續調節裝置的爆炸結構示意圖;
圖4顯示了本申請中燃燒室與燃燒室長度連續調節裝置的立體結構示意圖;
圖5顯示了申請中燃燒室與燃燒室長度連續調節裝置的縱剖面結構示意圖;
圖6顯示了申請中滑動套的立體側視結構示意圖;
圖7顯示了本申請中滑動套的立體左視結構示意圖
圖8顯示了本申請中臺架的結構示意圖;
圖9顯示了本申請中電動脈沖器的結構示意圖;
圖10顯示了本申請中連桿的結構示意圖;
圖11顯示了本申請中上彎頭或下彎頭的結構示意圖;
圖12顯示了本申請中剛性直管的結構示意圖。
其中有:1.電動脈沖器;2.連桿;3.下彎頭;4.下軟管;5.剛性直管;6.上彎頭;7.上軟管;8.臺架;9.連桿接口;10.直管滑動圓孔;11.螺紋孔;12.燃燒室;13.滑動噴注器;14.滑動套;141.錐形頭部;142.導向滑桿;143.推進劑入口;144.氧入口;15.氧氣管;16.擋油環;17.燃料腔;18.滑動密封環;19.水壓水入口;20.水壓水出口;21.冷卻內芯;22.冷卻夾層;23.冷卻外套;231.冷卻水入口;232.冷卻水出口;24.螺栓;25.推進劑脈動供給裝置。
具體實施方式
下面結合附圖和具體較佳實施方式對本申請作進一步詳細的說明。
如圖1所示,一種燃燒室聲學研究裝置,包括推進劑脈動供給裝置25、燃燒室12和燃燒室長度連續調節裝置。
如圖2所示,上述推進劑脈動供給裝置25包括包括電動脈沖器1、連桿2、下彎頭3、下軟管4、剛性直管5、上彎頭6、上軟管7和臺架8。
上述臺架8的結構如圖8所示,包括臺架底板、臺架頂板和設置于兩者之間的中間支撐板。臺架底板的中心設置有若干個螺紋孔11,臺架頂板和中間支撐板的中心均設置有一個直桿滑動圓孔10。臺架8要求剛度和穩定性良好,其固有振動頻率必須遠大于所要實現的推進劑脈沖振蕩頻率,減少對所要觸發的流量振蕩的影響。
    上述電動脈沖器1的結構如圖9所示,通過螺釘將電動脈沖器1固定于臺架底板的螺紋孔11中,電動脈沖器1優選為變頻脈沖器。
上述連桿2的結構如圖10所示,垂直設置于電動脈沖器1的頂部。連桿2需選擇輕質剛性好的材料,以使其質量可以忽略不計。
上述上彎頭6和下彎頭3的結構如圖11所示,均優選為直角彎管,均具有兩個自由端,分別為垂直自由端和水平自由端。其中,下彎頭3的底部拐角處設置有一個連桿接口9,該連桿接口9與連桿2的頂部相配合,使下彎頭3固定連接在連桿2的頂端。
下彎頭3的垂直自由端能從中間支撐板的直桿滑動圓孔10中穿出,并與剛性直管5的底部固定連接;下彎頭3的水平自由端與下軟管4固定連接。
上彎頭6的垂直自由端能從臺架頂板的直桿滑動圓孔10中穿出,并與剛性直管5的頂部固定連接;上彎頭6的水平自由端優選與上軟管7固定連接。
剛性直管5的結構如圖12所示,剛性直管5垂直設置,電動脈沖器1、連桿2和剛性直管5均為同軸設置。剛性直管5要求剛度盡可能大自身盡可能輕,也即比剛度要高,減小振動的慣性影響。
    上軟管7、上彎頭6、剛性直管5、下彎頭3和下軟管4內均有能夠流動的液體,即本申請中的推進劑。剛性直管5的內徑取決于上述液體流動的速度,液體流動的速度要求不超過12m/s。剛性直管5的長度取決于電動脈沖器1的脈沖幅度和液體的可壓縮性。剛性直管5的長度優選比電動脈沖器1發出的脈沖波長小10倍以上。這時,能夠認為剛性直管5內部的液體,即推進劑為一個剛性體。
上述燃燒室長度連續調節裝置包括滑動噴注器13和能驅動滑動噴注器13沿燃燒室12軸向移動的滑動驅動組件。
如圖3、圖4和圖5所示,上述滑動噴注器13設置在燃燒室12內,并將燃燒室12分為燃燒區和非燃燒區。
上述滑動噴注器13包括滑動套14、氧氣管15、燃料腔17以及設置在氧氣管15和燃料腔17兩者之間的擋油環16。
如圖6和圖7所示,上述滑動套14包括一個設置在燃燒室12內且與燃燒室12內壁密封滑動配合的錐形頭部141和一個中空的導向滑桿142。
如圖3所示,錐形頭部141與燃燒室12內壁之間設置有一個滑動密封環18,從而能保證兩者之間的滑動密封。
上述氧氣管15和燃料腔17依次與錐形頭部141相固定。
上述錐形頭部141與氧氣管15密封固定連接,形成氧腔;氧腔的前端依次設置有上述擋油環16和燃料腔17。
上述燃料腔17、氧氣管15上的圓孔和擋油環16一起構成指向燃燒區的噴嘴結構。該噴嘴結構的類型和分布方式可根據需要進行變化,也可以是單噴嘴。
滑動噴注器13上的上述導向滑桿142從燃燒室12的后側端蓋中穿出并與后側端蓋滑動密封連接。優選,導向滑桿142與燃燒室12后側端蓋之間也設置有一個滑動密封環18,從而能保證兩者之間的滑動密封。
上述導向滑桿142的空腔內設置有推進劑供給管路和氧入口144,該氧入口144與氧氣管15相連接。推進劑供給管路的入口,也即為推進劑入口143。
如圖3所示,上述滑動驅動組件優選為設置在燃燒室12中非燃燒區內的水壓力管路,但也可以為其它驅動組件,如氣缸等。
水壓力管路包括設置于燃燒室12后側端蓋上的水壓力入口19和水壓力出口20。水壓力管路也能對燃燒室12起到冷卻的作用。
當滑動驅動組件采用水壓力管路時,燃燒室長度連續調節裝置長度調節的原理如下:
上述滑動噴注器13的軸向移動,主要是由于滑動噴注器13兩邊,也即燃燒區和非燃燒區的壓強差造成的,水壓力管路中高壓水的作用就是沖壓和減壓作用。當向非燃燒區內充入高壓水時,非燃燒區壓力增大,而燃燒區壓力不變,造成非燃燒區壓力大于燃燒區壓力,從而推動滑動噴注器13向燃燒區方向(也即圖5所示的左側)進行移動,使燃燒室12的實際長度縮短。反之,當從非燃燒區泄水時,過程正好相反,使得滑動噴注器13向遠離燃燒區的方向進行移動,使實際燃燒室12的長度變長。
上述下彎頭3的一個自由端優選通過下軟管4與液體狀的推進劑源相連接,上彎頭6的一個自由端優選通過上軟管7與導向滑桿142內的推進劑入口143相連接。
上述下軟管4、下彎頭3、剛性直管5、上彎頭6、上軟管7和導向滑桿142內的推進劑供給管路,共同組成整個推進劑供給管路。
上述下軟管4和上軟管7的柔性需要足夠好,以至于可以忽略其振動對所觸發的脈動流的影響。
上述燃燒室12還連接有冷卻裝置,該冷卻裝置包括冷卻內芯21、冷卻夾層22和冷卻外套23。
其中,冷卻內芯21與燃燒室12的前側端蓋固定連接,優選通過螺栓24固定連接。
冷卻夾層22與冷卻內芯21相配合,冷卻外套23套裝于冷卻夾層22的外周;冷卻外套23上設置有冷卻水入口231和冷卻水出口232。
推進劑脈動供給裝置的工作原理為:電動脈沖器1啟動,帶動上述整個推進劑供給管路振動,而整個推進劑供給管路中的推進劑由于自身的慣性,從而使其流量產生振蕩,實現本申請中推進劑的脈動供給。
     以上詳細描述了本申請的優選實施方式,但是,本申請并不限于上述實施方式中的具體細節,在本申請的技術構思范圍內,可以對本申請的技術方案進行多種等同變換,這些等同變換均屬于本申請的保護范圍。

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一種 燃燒室 聲學 研究 裝置
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