一种固体推进剂降压熄火装置及其方法

1.本发明涉及一种固体推进剂降压熄火装置及其方法，属于固体推进剂熄火技术领域。


背景技术：

2.在固体火箭发动机的使用范围内，有时要求发动机能瞬时熄火。因此，熄火技术也是固体火箭发动机可控性研究的课题之一。固体推进剂的燃烧具有剧烈和不可控性的特征。目前现有的研究固体推进剂熄火试验的方式有：突然降压、爆炸式喷射冷却、铜台传热等方式。降压熄火是研究固体推进剂常用的手段，通过降压手段可以更好的获得固体推进剂熄火燃面可以较为真实地还原固体推进剂熄火过程中物理和化学状态发明专利cn201010531622 .9公开了一种固体推进剂快速熄火装置，该装置主要由燃烧室、压力传感器、光电传感器、点火电源、高压开关电磁阀、高压气瓶及配套的计算机采集系统等成。通过增压泵和高压气瓶对燃烧室进行冲压，使其维持较稳定的初始压力，点火电源与高压开关电磁阀相连，推进剂点燃同时电磁阀打开快速熄火。由压力传感器及配套系统实时记录采集燃烧室压力变化曲线，光电传感器判断推进剂是否成功熄火。但该装置存在一些问题：通过增压泵提高燃烧室初始压力，范围有限不能满足今后高压(30mpa以上的测试)；带有气瓶增压泵导致整套装置笨重，每次测量前都需要重新充气建压，操作复杂，增加测试成本。
3.因此，如何实现效果稳定，性价比高，操作方便的熄火试验，仍然是当前研究的重要课题。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种固体推进剂降压熄火装置及其方法，其具体技术方案如下：一种固体推进剂降压熄火装置，包括燃烧室组件、破膜组件、测压组件，所述燃烧室组件顶部设置有3个螺纹孔，一个螺纹孔安装主喷管扩张延伸段，一个开口中设置泄压玻璃，一个开口安装测压组件的取压座，所述破膜组件内有可移动的撞针，所述撞针的针头朝向泄压玻璃，所述破膜组件可控制撞针移动击破泄压玻璃。
5.进一步的，所述燃烧室组件包括带安装法兰的燃烧室，所述燃烧室的内壁装入环形绝热层，环形绝热层内装入固体推进剂，环形绝热层的上端与前绝热层粘接，底部与后绝热层粘接，固体推进剂与后绝热层粘接。
6.进一步的，所述燃烧室的两端均有法兰盘，所述燃烧室对应端的法兰盘分别与法兰底盖和前法兰盖连接，燃烧室底部的法兰盘与法兰底盖通过螺栓连接，燃烧室顶部从内到外依次连接前法兰盖和过渡法兰盘，通过若干个螺栓贯穿连接。
7.进一步的，所述过渡法兰盘开设有破膜器安装螺纹孔、喷管安装螺纹孔、测压组件保护套安装孔，所述喷管安装螺纹孔对应位置的前法兰盖开设着主喷管扩张延伸段，主喷
管扩张延伸段与主喷管粘接，主喷管下表面与主喷管收敛延伸段粘接， 主喷管收敛延伸段对应位置的前绝热层开孔，并与燃烧室内连通；所述主喷管扩张延伸段和主喷管收敛延伸段对接后的通道口径从上到下先收敛后扩张，所述测压组件保护套安装孔对应位置的前法兰盖开设有测压组件安装孔，所述测压组件安装孔为内螺纹结构，用安装测压组件。
8.进一步的，所述破膜器安装螺纹孔对应位置的前法兰盖开设有垂直孔，所述垂直孔的底部位于前法兰盖中，所述垂直孔中固定设置副喷管扩张延伸段和泄压玻璃，所述副喷管扩张延伸段轴向开孔，口径从上到下渐进缩小，形成副喷管，泄压玻璃位于副喷管的下端、垂直孔内侧底部，且封堵住垂直孔；所述垂直孔的下方设置有与其同轴的、贯穿前法兰盖和前绝热层的泄压孔；所述副喷管扩张延伸段旋入于前法兰盖并压紧泄压玻璃于前法兰盖。
9.进一步的，所述燃烧室的两端的法兰与对应端的法兰底盖和前法兰盖均通过密封限位环和法兰端面密封。
10.进一步的，所述破膜组件还包括滑筒、钨渗铜耐温件和气缸组件，所述钨渗铜耐温件的轴向中部四周为开有矩形槽用以排出副喷管喷出的高温高压燃气，上端与滑筒连接，下端连接于破膜器安装孔螺纹孔中；所述滑筒内部设置有可沿其上下移动的内套筒，撞针的顶部连接于内套筒的中心，内套筒侧壁开设有矩形槽，气缸组件的工作端与活塞杆固连，活塞杆另一端长杆插入内套筒侧壁的矩形槽，抵抗压紧的蓄能弹簧作用在内套筒的力，并保持内套筒的轴向位置，所述气动推拉杆固定于气缸座上。
11.进一步的，所述测压组件包括取压座、取压管、传感器座和测压组件保护套，所述取压管下部竖直向下，该末端为取压端，连接取压座，上部竖圆弧弯折呈水平状态，该末端为测压端，连接传感器座，所述测压组件保护套套接在取压座和取压座外面，将其紧固连接，取压座下端设有外螺纹，通过螺纹连接与测压组件安装孔固定连接，所述测压组件保护罩设置在取压座外部。
12.固体推进剂降压熄火方法，该固体推进剂降压熄火方法基于上述的固体推进剂降压熄火装置，包括以下步骤：步骤1：在燃烧室中放入固体推进剂，并将其与燃烧室内底部的后绝热层粘接；步骤2：利用高能激光，通过主喷管中心小孔点燃固体推进剂，基于固体推进剂的物理化学性质和燃烧室的结构，共同确定了燃烧室内压力；步骤3：破膜器组件的气动推拉杆水平方向拉出活塞杆，活塞杆解除对内套筒的轴向限位，内套筒在蓄能弹簧的作用下带动撞针快速向下运动并撞击泄压玻璃；步骤4：泄压玻璃被击穿，燃烧室内的高压气体即刻从副喷管泄压出去，燃烧室内气压急剧降低，固体推进剂燃速降低并熄火；步骤5：测压组件记录整个实验过程中压力变化。
13.本发明的有益效果是：本发明利用降压熄火的方式进行熄火试验，采用破窗卸压的方式实现对固体推进剂的降压熄火，从而分析固体推进剂的熄火特性，研究推进剂燃烧机理。
14.本发明采用破窗泄压的方式进行降压熄火试验，试验成本底，可以更好的模拟固体推进剂在真实环境下的工况，从而研究推进剂的在不同：燃烧阶段、燃烧室内压强、推进剂组分、气体环境下固体推进剂的熄火特性。通过对降压过程燃烧的研究，可以对固体推进
剂的燃烧机理，特别是不稳定燃烧机理有更深刻的了解对推进剂降压熄火研究有着更宽的适用范围。
15.本发明采用降压熄火的方式进行熄火试验，相比与其他熄火方式，降压熄火是研究固体推进剂常用的手段，通过降压手段可以更改的获得固体推进剂熄火燃面可以较为真实地还原固体推进剂熄火过程中物理和化学状态。
附图说明
16.图1是本发明的整体立体示意图，图2是本发明的燃烧室组件立体示意图，图3是本发明的燃烧室组件侧视图，图4是图3的d-d截面视图，图5是本发明的破膜组件的俯视图，图6是图5的e-e截面视图，图7是本发明的测压组件的侧视图，图8是图7的f-f截面视图，附图标记：a—燃烧室组件，b—破膜组件，c—测压组件，1—气缸座，2—气缸组件，3—传感器座，4—滑筒，5—前法兰盘，6—燃烧室，7—法兰底盖 ，8—过度法兰，9—钨渗铜承温件，10—副喷管，11—破膜器安装孔，12—喷管安装孔，13—副喷管延伸段，14—泄压玻璃，15—前绝热层 ，16—后绝热层，17—环形绝热层，18 —限位环，19—主喷管， 20—主喷管扩张延伸段， 21—主喷管收敛延伸段，22—撞针，23—内套筒， 24—活塞杆，25—泄压孔，26 —垂直孔， 27 —固体推进剂， 28—蓄能弹簧，29—取压管，30—取压座，31—测压组件保护套安装孔，32—测压组件保护罩，33—测压组件安装孔。
实施方式
17.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
18.如图1所示，本发明的固体推进剂降压熄火装置，整体上可理解为包括三个大部分，分别为燃烧室组件a和破膜组件b，燃烧室组件a为内部密封的燃烧腔室，燃烧室组件a内部是固体推进剂的燃烧空间，破膜组件b用于将燃烧室组件a内的燃烧熄灭，测压组件c用于检测熄火过程中燃烧室内压强变化。
19.下面来具体介绍燃烧室组件a的结构：燃烧室组件a包括上下贯通的圆管形状的燃烧室6，燃烧室6的内壁铺设有环形绝热层17，燃烧室6的顶部铺设有前绝热层15，底部铺设有后绝热层16。环形绝热层17、前绝热层15和后绝热层16均用于隔离高温。
20.如图2燃烧室两端均带有法兰，底部的法兰盘与法兰底盖7通过螺栓固定连接，过度法兰8与前法兰5通过螺栓固定连接。法兰底盖与前法兰盖四周分别与燃烧室6对应端的法兰盘相对并通过圆周均匀分布的螺栓固连密封。过度法兰所述过渡法兰盘8开设有破膜器安装螺纹孔11、喷管安装螺纹孔12、测压组件保护套安装孔31。测压组件保护套安装孔31对应位置的前法兰盖5开设有测压组件安装孔33，测压组件安装孔33为内螺纹结构，用安装测压组件c。
21.如图4燃烧室顶部设置有过度法兰盘8，过度法兰盘8开设有破膜器安装螺纹孔11用于破膜器组件的固定安装，在破膜器安装螺纹孔11对应位置的前法兰盘5开设有垂直孔26，垂直孔的底部位于前法兰盘5中，垂直孔26中固定设置有副喷管扩张延伸段13和泄压玻璃14，副喷管扩张延伸段13轴向开孔，口径从上到下逐渐缩小，形成副喷管10，副喷管10的下端安装有泄压玻璃14，泄压玻璃14封堵住垂直孔26，垂直孔26的下方设置有同轴且贯穿前法兰盖5与前绝热层15的泄压孔25，如图4燃烧室的两端的法兰与对应端的法兰底盖7和前法兰盖5均通过密封限位环和法兰端面密封，连接更加紧密。
22.如图6破膜组件还包括滑筒4、钨渗铜耐温件9和电动推拉杆组件2，钨渗铜耐温件9的轴向中部四周为开有矩形槽用以排出副喷管10喷出的高温高压燃气，上端与滑筒4连接，下端连接于破膜器安装螺纹孔11中；所述滑筒4内部设置有可沿其上下移动的内套筒23，撞针22的顶部连接于内套筒23的中心，内套筒23侧壁开设有矩形槽，气缸组件2的工作端与活塞杆24固连，活塞杆24另一端长杆插入内套筒侧壁的矩形槽，抵抗压紧的蓄能弹簧28作用在内套筒23力并保持内套筒23的轴向位置。气缸组件2通过螺纹连接固定于气缸座1上。
23.如图8测压组件c包括取压座30、取压管29、传感器座3、测压组件保护套32，取压管29两端焊接有取压座30和传感器座3，所述取压座30头部为螺纹结构，通过螺纹连接与测压组件安装孔33固定连接，所述测压组件保护罩32设置在取压座外部，用于保护测压组件避免被高温所破坏。
24.固体推进剂降压熄火方法，包括以下步骤：步骤1：在燃烧室6中放入固体推进剂，并将其与燃烧室6内底部的后绝热层16粘接；步骤2：利用高能激光，通过主喷管19中心小孔点燃固体推进剂，基于固体推进剂的物理化学性质和燃烧室6的结构，共同确定了燃烧室6内燃烧室压力步骤3：破膜器组件b的电动推杆组件2水平方向拉出活塞杆24，活塞杆24解除对内套筒23的轴向限位，内套筒23在蓄能弹簧28的作用下带动撞针22快速向下运动并撞击泄压玻璃14；步骤4：泄压玻璃14被击穿，燃烧室6内的高压气体即刻从副喷管10泄压出去，燃烧室6内气压急剧降低，固体推进剂燃速降低并熄火。
25.步骤5：测压组件c记录整个实验过程中压力变化。
26.目前熄火的熄火状态分为三种1.快速降压后瞬间熄火，2.降压后熄火又复燃，3.一直不熄火。出现这种情况主要由于推进剂的性质来决定，本实验装置主喷管中心小孔点燃固体推进剂，通过压力传感器观测燃烧室内压力的变换，在实验时按照预定程序来控制蓄能弹簧的释放时间完成泄压。分析不同燃烧室内压力下的熄火特性，实验过程中记录整个熄火动态过程的压力变化，实验完成后收集泄压熄火后气相及凝聚相产物，熄火后推进剂表面形貌特征。本实验方案简单易行，可以研究不同推进剂在不同压力下的熄火特性，具有很高的推广和应用价值。
27.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

技术特征：
1.一种固体推进剂降压熄火装置，其特征在于：包括燃烧室组件（a）、破膜组件（b）、测压组件（c），所述燃烧室组件（a）顶部设置有3个螺纹孔，一个螺纹孔中设置主喷管扩张延伸段(20)，一个螺纹孔中设置泄压玻璃(14)，一个螺纹孔设置测压组件(c)的取压座（30），所述破膜组件（b）内设有可移动的撞针（22），所述撞针（22）的针头朝向泄压玻璃(14)，所述破膜组件（b）控制撞针（22）移动击破泄压玻璃(14)。2.根据权利要求1所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于：所述燃烧室组件（a）包括燃烧室（6），所述燃烧室（6）的内壁贴有环形绝热层（17），燃烧室（6）内装有固体推进剂（27），环形绝热层（17）的上端与前绝热层（15）粘接，下端与后绝热层（16）粘接，固体推进剂（27）与后绝热层（16）粘接。3.根据权利要求1所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于：所述燃烧室（6）的两端均设有法兰盘，所述燃烧室（6）对应端的法兰盘分别与法兰底盖（7）和前法兰盖（5）连接，燃烧室（6）底部的法兰盘与法兰底盖（7）通过螺栓连接，燃烧室（6）顶部从内到外依次连接前法兰盖（5）和过渡法兰盘（8），通过若干个螺栓贯穿连接。4.根据权利要求1所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于：所述过渡法兰盘（8）开设有破膜器安装螺纹孔（11）、喷管安装螺纹孔（12）、测压组件保护套安装孔（31），所述喷管安装螺纹孔（12）对应位置的前法兰盖（5）开设着主喷管扩张延伸段（20），主喷管扩张延伸段（20）与主喷管（19）粘接，主喷管（19）下表面与主喷管收敛延伸段（21）粘接， 主喷管收敛延伸段（21）对应位置的前绝热层（15）开孔，并与燃烧室（6）内连通；所述主喷管扩张延伸段（20）和主喷管收敛延伸段（21）对接后的通道口径从上到下先收敛后扩张，所述测压组件保护套安装孔（31）对应位置的前法兰盖（5）开设有测压组件安装孔（33），所述测压组件安装孔（33）为内螺纹结构，用安装测压组件（c）。5.根据权利要求4所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于：所述破膜器安装螺纹孔（11）对应位置的前法兰盖（5）开设有垂直孔（26），所述垂直孔（26）的底部位于前法兰盖（5）中，所述垂直孔中固定设置副喷管扩张延伸段（13）和泄压玻璃（14），所述副喷管扩张延伸段（13）轴向开孔，口径从上到下渐进缩小，形成副喷管（10），泄压玻璃（14）位于副喷管（10）的下端、垂直孔内侧底部，且封堵住垂直孔（26）；所述垂直孔（26）的下方设置有与其同轴的、贯穿前法兰盖（5）和前绝热层（15）的泄压孔（25）；所述副喷管扩张延伸段（13）旋入于前法兰盖（5）并压紧泄压玻璃（14）于前法兰盖（5）。6.根据权利要求3所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于：所述燃烧室（6）两端的法兰与对应端的法兰底盖（7）和前法兰盖（5）均通过密封限位环（18）和法兰端面密封。7.根据权利要求1所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于：所述破膜组件（b）还包括滑筒（4）、钨渗铜耐温件（9）和气缸组件（2），所述钨渗铜耐温件（9）的轴向中部四周为开设有矩形槽用以排出副喷管（10）喷出的高温高压燃气，上端与滑筒（4）连接，下端连接于破膜器安装孔螺纹孔（11）中；所述滑筒（4）内部设置有可沿其上下移动的内套筒（23），撞针（22）的顶部连接于内套筒（23）的中心，内套筒（23）侧壁开设有矩形槽，气缸组件（2）的工作端与活塞杆（24）固连，活塞杆（24）另一端长杆插入内套筒（23）侧壁的矩形槽，抵抗压紧的蓄能弹簧（28）作用在内套筒（23）的力，并保持内套筒（23）的轴向位置，所述气缸组件（2）固定于气缸座（1）上。8.根据权利要求3所述的固体推进剂降压熄火装置，其特征在于：所述测压组件（c）包
括取压座（30）、取压管(29)、传感器座（3）和测压组件保护套（32），所述取压管(29)下部竖直向下，取压管(29)下端为取压端，连接取压座（30），取压管(29)上部竖圆弧弯折呈水平状态，取压管(29)上端为测压端，连接传感器座（3），所述测压组件保护套（32）套接在取压座（30）和取压座(30）外面，将其紧固连接，取压座（30）下端设有外螺纹，通过螺纹连接与测压组件安装孔（33）固定连接，所述测压组件保护罩（32）设置在取压座外部。9. 固体推进剂降压熄火方法，其特征在于： 该方法基于上述权利要求1-8所述的固体推进剂降压熄火装置，包括以下步骤：步骤1：在燃烧室（6）中放入固体推进剂，并将其与燃烧室（6）内底部的后绝热层（16）粘接；步骤2：利用高能激光，通过主喷管（19）中心小孔点燃固体推进剂，基于固体推进剂的物理化学性质和燃烧室（6）的结构，共同确定了燃烧室（6）内压力；步骤3：破膜器组件（b）的气动推拉杆（2）水平方向拉出活塞杆（24），活塞杆（24）解除对内套筒（23）的轴向限位，内套筒（23）在蓄能弹簧（28）的作用下带动撞针（22）快速向下运动并撞击泄压玻璃（14）；步骤4：泄压玻璃（14）被击穿，燃烧室（6）内的高压气体即刻从副喷管（10）泄压出去，燃烧室（6）内气压急剧降低，固体推进剂燃速降低并熄火；步骤5：测压组件（c）记录整个实验过程中压力变化。

技术总结
本发明涉及一种固体推进剂降压熄火装置及其方法，属于固体推进剂熄火技术领域，包括固体推进剂燃烧室组件、测压组件和破膜器组件。固体推进剂放置于燃烧室内，燃烧室顶部设置三个开口，一个开口中设置主喷管，利用高能激光，通过主喷管中心小孔点燃固体推进剂，一个开口设置有测压组件，另一个开口中设置副喷管，副喷管下方设置有泄压玻璃，破膜器组件在蓄能弹簧的作用下带动撞针快速向下运动并撞击泄压玻璃，从而完成泄压，利用破窗卸压的方式实现对固体推进剂的降压熄火，从而分析固体推进剂的熄火特性与固体推进剂燃烧机理。推进剂的熄火特性与固体推进剂燃烧机理。推进剂的熄火特性与固体推进剂燃烧机理。


技术研发人员：蔡文翔 陈凡 郁炘桐 薛海峰 陈雄
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：2023.05.05
技术公布日：2023/6/28