一种用于拍摄过载条件下固体推进剂燃烧试验的装置
阅读说明：本技术 一种用于拍摄过载条件下固体推进剂燃烧试验的装置 (Device for shooting solid propellant combustion test under overload condition ) 是由 吕翔 周新原 刘佩进 陈剑 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于拍摄过载条件下固体推进剂燃烧试验的装置,包括：缓冲罐,运动管,其一端为入口,其另一端为出口,其入口与缓冲罐的出口相连通,且其出口处设置有球阀,燃烧机构,由相互固定连接的燃烧室和导向件组成,导向件用于通过运动管的出口端伸入运动管内,并在受到缓冲罐的高压气体冲击后在运动管内沿着运动管走向向运动管外运动,导向件和燃烧室与运动管同轴设置,燃烧室内安装有固体推进剂,燃烧室用于受到导向件的推力后向运动管外运动,进而使得固体推进剂产生过载,以便于高速相机对固体推进剂的颗粒运动状态进行拍摄；本发明能够在使用过程中克服科氏加速度并用高速相机拍摄颗粒运动的高压下固体推进剂短时过载试情况。(The invention discloses a device for shooting a solid propellant combustion test under an overload condition, which comprises: the device comprises a buffer tank, a motion tube, a combustion mechanism and a solid propellant, wherein one end of the motion tube is an inlet, the other end of the motion tube is an outlet, the inlet is communicated with the outlet of the buffer tank, the outlet of the motion tube is provided with a ball valve, the combustion mechanism consists of a combustion chamber and a guide part which are fixedly connected with each other, the guide part is used for extending into the motion tube through the outlet end of the motion tube and moving outside the motion tube along the trend of the motion tube after being impacted by high-pressure gas of the buffer tank, the guide part, the combustion chamber and the motion tube are coaxially arranged, the solid propellant is arranged in the combustion chamber, and the combustion chamber is used for moving outside the motion tube after being pushed by the guide part, so that the solid propellant generates overload, and a high-speed camera can conveniently shoot the particle motion state of the solid propellant; the invention can overcome the Coriolis acceleration in the using process and shoot the short-time overload test condition of the solid propellant under the high pressure of the particle motion by using the high-speed camera.)
技术领域
本发明属于过载试验系统领域，尤其涉及一种用于拍摄过载条件下固体推进剂燃烧试验的装置。
背景技术
目前，高过载发动机流场及热结构研究的主要手段有理论分析、数值模拟和试验，其中理论分析和数值模拟因数据量大，分析计算工程复杂，尤其是在高性能火箭发动机的复杂环境中仿真计算，引入所有边界条件并不容易，这可能会导致计算结果与实际有很大区别，而试验手段主要使用离心过载试验系统和聚集式试验装置进行试验模拟，而离心过载试验系统难以克服科氏加速度的影响、系统大不适合机理性的研究、不容易观测等限制，聚集式试验装置主要用来研究粒子过载聚集后对壁面的影响，无法研究过载对颗粒的运动的影响，无法对推进剂燃烧进行精细化的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于拍摄过载条件下固体推进剂燃烧试验的装置，以解决针对固体火箭发动机过载试验难以同时克服科氏加速度和研究单个颗粒运动的需求。
本发明采用以下技术方案：一种用于拍摄过载条件下固体推进剂燃烧试验的装置，包括：
缓冲罐，其入口与外界高压气体罐连通，其出口开设在侧壁上，
运动管，其一端为入口，其另一端为出口，其入口与缓冲罐的出口相连通，且其出口处设置有球阀，
燃烧机构，由相互固定连接的燃烧室和导向件组成，导向件用于通过运动管的出口端伸入运动管内，并在受到缓冲罐的高压气体冲击后在运动管内沿着运动管走向向运动管外运动，导向件和燃烧室与运动管同轴设置，燃烧室内安装有固体推进剂，燃烧室用于受到导向件的推力后向运动管外运动，进而使得固体推进剂产生过载，以便于高速相机对固体推进剂的颗粒运动状态进行拍摄。
进一步地，燃烧室依次由圆形的前封板、柱状的燃烧筒和圆形的后封板组成，并形成一个封闭的容纳空间，燃烧筒的轴心与运动管的轴心相互重合，拍摄口开设在燃烧筒的筒壁上。
进一步地，靠近运动管为前封板，前封板上固定连接有至少两个支撑杆，各支撑杆的走向与燃烧筒的走向平行，各支撑杆上螺纹连接有推进剂固定盘和热电偶固定盘，推进剂固定盘和热电偶固定盘的盘面与各支撑杆的走向相互垂直，推进剂固定盘的中央位置用于安装固体推进剂，热电偶固定盘的中央位置开设有多个用于安装热电偶的通孔。
进一步地，燃烧室的侧壁上开设有拍摄口，拍摄口用于高速相机进行拍摄。
进一步地，燃烧室的外围、靠近拍摄口处设置有密封机构，密封机构包括盖板、容纳环和压板，
盖板上开设有直径小于拍摄口的通孔，通孔与拍摄口同轴设置，
容纳环为圆环状、且与拍摄口同轴设置，容纳环与盖板的侧壁固定连接，容纳环内壁设置有内螺纹，容纳环内用于放置玻璃，
压板为圆环状、且与拍摄口同轴设置，压板的外壁上设置有与容纳环的内螺纹相配合的外螺纹，压板用于将玻璃压在容纳环内，使得玻璃将燃烧室密封，进而方便高速相机透过玻璃对燃烧室内的推进剂燃烧情况进行拍摄。
进一步地，导向件由相互固定连接的活塞头和导向杆组成，活塞头靠近缓冲罐设置，活塞头和导向杆的轴线与运动管的轴线重合，导向杆的一端与活塞头固定连接，另一端与前封板固定连接。
进一步地，燃烧室的一侧固定设置有液压缓冲器，后封板远离导向件的一侧固定连接有缓冲垫，液压缓冲器用于燃烧室向远离运动管的方向运动时对燃烧室进行缓冲。
进一步地，燃烧室的下侧安装有滑块，进而使得燃烧室通过滑块与位于下方的滑轨配合，进而固定在下侧的固定架上，保证燃烧室平稳的运动。
进一步地，燃烧筒上安装有压力传感器。
进一步地，运动管的出口处固定连接有通电的电磁铁。
本发明的有益效果是：本发明可以对固体推进剂施加5g的横向或轴向过载，并且可以通过高速相机拍摄推进剂中颗粒受过载时的运动状态；本发明施加的过载不会有科氏加速度的影响；本发明可以通过高速相机拍到的结果，对固体推进剂过载燃烧进行精细化的研究；本发明能够在使用过程中克服科氏加速度并用高速相机拍摄颗粒运动的高压下固体推进剂短时过载试情况，能够模拟横向过载并且研究粒子微观运动机理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明燃烧机构的结构示意图；
图3为本发明燃烧筒的剖视图；
图4为本发明密封机构的结构示意图。
其中：1.缓冲罐；2.运动管；3.燃烧机构；4.燃烧室；5.导向件；6.固体推进剂；7.拍摄口；8.前封板；9.燃烧筒；10.后封板；11.支撑杆；12.推进剂固定盘；13.热电偶固定盘；14.液压缓冲器；15.缓冲垫；16.密封机构；17.盖板；18.容纳环；19.压板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明公开了一种用于拍摄过载条件下固体推进剂燃烧试验的装置，如图1所示，包括缓冲罐1、运动管2、燃烧机构3，缓冲罐1的入口与外界高压气体罐连通，缓冲罐1的出口开设在侧壁上，运动管2的一端为入口，运动管2的另一端为出口，运动管2的入口与缓冲罐1的出口相连通，运动管2的出口处设置有球阀。
如图2所示，燃烧机构3由相互固定连接的燃烧室4和导向件5组成，导向件5用于通过运动管2的出口端伸入运动管2内，并在受到缓冲罐1的高压气体冲击后在运动管2内沿着运动管2走向向运动管2外运动，导向件5和燃烧室4与运动管2同轴设置，燃烧室4内安装有固体推进剂6，燃烧室4用于受到导向件5的推力后向运动管2外运动，进而使得固体推进剂6产生过载，以便于高速相机对固体推进剂6的颗粒运动状态。
燃烧室4的侧壁上开设有拍摄口7，拍摄口7用于高速相机进行拍摄，燃烧室4依次由圆形的前封板8、柱状的燃烧筒9和圆形的后封板10组成，并形成一个封闭的容纳空间，燃烧筒9的轴心与运动管2的轴心相互重合，拍摄口7开设在燃烧筒9的筒壁上。
如图4所示，燃烧室4的外围、靠近拍摄口7处设置有密封机构16，密封机构16包括盖板17、容纳环18和压板19，所述盖板17上开设有直径小于拍摄口7的通孔，通孔与拍摄口7同轴设置，容纳环18为圆环状、且与拍摄口7同轴设置，容纳环18与盖板17的侧壁固定连接，容纳环18内壁设置有内螺纹，所述容纳环18内用于放置玻璃，压板19为圆环状、且与拍摄口7同轴设置，压板19的外壁上设置有与容纳环18的内螺纹相配合的外螺纹，压板19用于将玻璃压在容纳环18内，使得玻璃将燃烧室4密封，进而方便高速相机透过玻璃对燃烧室4内的推进剂燃烧情况进行拍摄。
如图3所示，靠近运动管2为前封板8，前封板8上固定连接有至少两个支撑杆11，各支撑杆11的走向与燃烧筒9的走向平行，各支撑杆11上螺纹连接有推进剂固定盘12和热电偶固定盘13，推进剂固定盘12和热电偶固定盘13的盘面与各支撑杆11的走向相互垂直，推进剂固定盘12的中央位置用于安装固体推进剂6，热电偶固定盘13的中央位置开设有多个用于安装热电偶的通孔，热电偶头部从通孔一侧垂直热电偶固定盘13伸入，热电偶头部与热电偶固定盘13平齐，用AB胶填入通孔中固定热电偶，热电偶固定盘13背面用透明胶带固定热电偶的尾部防止晃动。
燃烧室4的一侧固定设置有液压缓冲器14，液气缓冲器的型号优选HYD-yqz95-100，后封板10远离导向件5的一侧固定连接有缓冲垫15，液压缓冲器14用于燃烧室4向远离运动管2的方向运动时对燃烧室4进行缓冲。由于本发明设计的过载量达5g，燃烧机构3重量43kg，试验结束，即观测结束后燃烧机构3的速度很大，燃烧机构3需要在很短的时间内停止下来，燃烧机构3就会受到很大的冲击力，这就需要用液压缓冲器14进行缓冲，后封板10上设置的缓冲垫15可以保护后封板10在缓冲过程中不被冲击力破坏。
燃烧室4的下侧安装有滑块，进而使得燃烧室4通过滑块与位于下方的滑轨配合，进而固定在下侧的固定架上，保证燃烧室4平稳的运动。下方设置的滑块和滑轨起到导向和支撑的作用，即让燃烧机构3只能沿轴向运动；支撑燃烧机构3，承担燃烧机构3在竖直方向的重力。
燃烧筒9上安装有压力传感器。这样可以在试验过程中时对燃烧室4内部的压力进行测量采集，压力数据用于试验后数据处理。
导向件5由相互固定连接的活塞头和导向杆组成，活塞头靠近缓冲罐1设置，活塞头和导向杆的轴线与运动管2的轴线重合，导向杆的一端与活塞头固定连接，另一端与前封板8固定连接。导向杆的长度和直径决定了燃烧机构3的重量，为了尽可能减少燃烧机构3重量，导向杆直径取得较小，所以设置了四个加强筋对结构进行补强。
运动管2的出口处固定连接有通电的电磁铁，电磁铁为中空的圆环状，且其轴线与运动管2的轴线重合，通过设置电磁铁，试验人员便可以根据需要调整燃烧机构3的过载值。如果没有此电磁铁，当运动管2充入气体时，燃烧机构3会立即被气体推动，进而无法达到试验人员预定的过载值。
本发明可以对固体推进剂6施加5g的横向或轴向过载，并且可以通过高速相机拍摄推进剂中颗粒受过载时的运动状态；本发明施加的过载不会有科氏加速度的影响；本发明可以通过高速相机拍到的结果，对固体推进剂6过载燃烧进行精细化的研究；本发明能够在使用过程中克服科氏加速度并用高速相机拍摄颗粒运动的高压下固体推进剂6短时过载试情况，能够模拟横向过载并且研究粒子微观运动机理，本发明避免旋转试验带来的科氏加速度影响，可以开展推进剂燃烧实验，用于燃速测量、粒径收集。
本发明的工作过程：
关闭球阀，电磁铁通电，利用外界高压气体罐向缓冲罐1内灌入高压气体，并保持缓冲罐1处于密封状态，使高压气体进入缓冲罐1，
待缓冲罐1的压力达到预定值后，打开球阀，使高压气体完全进入燃烧室4，
通过燃烧室4上接的压力传感器检测燃烧室4内压力不变时，打开高速相机，关闭电磁铁供电，此时导向件5的活塞头被高压气体推动开始运动，
燃烧室4运动末期，缓冲垫15与液压缓冲器14接触，并推动液压缓冲器14，燃烧室4迅速减速，燃烧室4停止运动，试验结束。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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