一種燃燒穩定性鑒定試驗用擾動裝置的制作方法

本實用新型涉及一種燃燒穩定性鑒定試驗用擾動裝置，尤其涉及一種適用于低溫液體火箭發動機的燃燒穩定性鑒定試驗用擾動裝置，屬于火箭發動機燃燒技術領域。

背景技術：

液體火箭發動機不穩定燃燒的發生具有很大的隨機性，一般的發動機試車，即使多次不出現燃燒不穩定，也不能確定其動態穩定性滿足要求。例如某四氧化二氮/混肼-50發動機在1800次試車中出現了9次高頻不穩定燃燒，不穩定的概率為0.5％，這種發動機的穩定性水平是不能滿足使用要求的。動態燃燒穩定性鑒定試驗是一種可以用盡可能少的試驗次數確定發動機燃燒穩定性裕度和邊界的有效方法。其中的關鍵技術之一就是擾動方法。

目前的動態燃燒穩定性鑒定常用的人為擾動方法有：非定向爆炸彈干擾、定向脈沖槍干擾和定向氣流干擾。各種擾動方法均存在很多不足：(1)非定向爆炸彈方法，爆炸彈的方位可能影響燃燒敏感性，殼體的非均勻性加熱或燒蝕可能引入方向性效應。大多數傳統的結構設計易于受熱而引起爆炸，碎片可能對發動機造成破壞。(2)定向脈沖槍方法，局限于在室壁上應用，難于用到再生冷卻發動機上。脈沖槍入口與燃燒室有聲學上的相互作用，并影響穩定性。(3)定向氣流方法，對壓力敏感過程影響很小，需要較大的供應和控制系統。脈沖入口與燃燒室有聲學上的相互作用，并影響穩定性。

技術實現要素：

本實用新型解決的技術問題為：克服現有技術不足，提供一種燃燒穩定性鑒定試驗用擾動裝置，即適用于低溫液體火箭發動機的動態燃燒穩定性鑒定的擾動裝置，并且能夠滿足起動、轉級和關機不同階段可靠激發的要求。解決了傳統的爆炸彈擾動方式受熱易引爆和碎片破壞性問題、脈沖槍擾動方式在再生冷卻發動機上的安裝問題以及定向氣流方法擾動效果不理想的問題。

本實用新型解決的技術方案為：一種燃燒穩定性鑒定試驗用擾動裝置，包括：連接螺紋(5)、六方螺母(6)、引爆導線(7)、主裝藥(10)、起爆器(11)、金屬內殼體(12)、非金屬材料中間層(13)、絕熱外殼體(14)；

起爆器(11)包括輸入端和輸出端；

起爆器(11)和金屬內殼體(12)位于非金屬材料中間層(13)內，主裝藥(10)通過灌裝填充于金屬內殼體(12)內，金屬內殼體(12)包括開口端，金屬內殼體(12)的開口端與起爆器(11)的輸出端采用壓焊連接；金屬內殼體(12)與非金屬材料中間層(13)之間有間隙；非金屬材料中間層(13)與起爆器(11)采用螺紋連接，非金屬材料中間層(13)安裝在絕熱外殼體(14)內，且絕熱外殼體(14)與非金屬材料中間層(13)采用纏繞或高溫膠粘接；

連接螺紋(5)的一端與起爆器(11)的輸入端連接，連接螺紋(5)為中空圓柱，且連接螺紋(5)的外壁有外螺紋，引爆導線(7)從連接螺紋(5)中穿過，引爆導線(7)一端連接起爆器(11)，引爆導線(7)另一端作為自由端與外部連接，六方螺母(6)套在連接螺紋(5)上，且位于靠近起爆器(11)的一端。

所述金屬內殼體(12)為中空圓柱，一端有開口即為開口端，另一端封閉即為封閉端，金屬內殼體(12)的開口端與起爆器(11)的輸出端采用壓焊連接，金屬內殼體(12)的封閉端頂住非金屬材料中間層(13)的內壁。

所述非金屬材料中間層(13)為一端開口的中空圓柱，非金屬材料中間層(13)的開口端內壁有內螺紋，起爆器(11)為圓柱體，起爆器(11)的外壁有外螺紋，非金屬材料中間層(13)的開口端與起爆器(11)采用螺紋連接。

非金屬材料中間層(13)安裝在絕熱外殼體(14)內，非金屬材料中間層(13)和絕熱外殼體(14)均為中空圓柱，非金屬材料中間層(13)的外壁和絕熱外殼體(14)的內壁緊密配合，且絕熱外殼體(14)的內壁與非金屬材料中間層(13)的外壁采用纏繞或高溫膠粘接。

主裝藥(10)選用黑索今RDX，裝藥量根據需要激起的壓力幅值確定，選取1g～3g。

所述的起爆器(11)采用爆炸橋絲直接引發。

所述的絕熱外殼體(14)采用選用低熱導率，低燒蝕率的復合材料。

連接螺紋(5)、六方螺母(6)、起爆器(11)為一體化成型件。

所述的一種燃燒穩定性鑒定試驗用擾動裝置安裝在火箭發動機推力室內時，需要噴注器面板(1)、引線彎管(3)、密封墊圈(4)、推力室(8)、低溫燃料腔(9)，擾動裝置(2)置于推力室(8)內，通過連接螺紋(5)連接于噴注器面板(1)上，同時通過密封墊圈(4)置于連接螺紋(5)與噴注器面板(1)之間實現燃氣密封，引爆導線(7)的自由端通過引線彎管(3)穿過推力室低溫燃料腔(9)與外部相連，引線彎管(3)穿過低溫燃料腔(9)，且引線彎管(3)一端連接噴注器面板(1)上，引線彎管(3)另一端與推力室低溫燃料腔(9)固定連通外部。

本實用新型與現有技術相比的優點在于：

(1)本實用新型設計了一種適用于低溫液體火箭發動機的動態燃燒穩定性鑒定的擾動裝置，采用在噴注器面安裝的方式，解決了傳統的脈沖槍擾動方式在低溫再生冷卻發動機推力室身部上不易安裝的難題。

(2)本實用新型的擾動裝置采用復合材料絕熱外殼體設計，可以滿足高低溫極端工作環境溫度的要求，實現在35K～3600K范圍內在不同時刻可靠引爆，能夠滿足起動、轉級和關機不同階段可靠激發的要求。

(3)本實用新型的擾動裝置采用復合材料絕熱外殼體、非金屬中間層和金屬內殼體的組合結構，能滿足發動機復雜振動環境的要求，在綜合振動加速度約200g下結構不破壞；

(4)本實用新型的擾動裝置可以通過調整殼體厚度和裝藥量的匹配，實現不同壓力峰-峰值的激發；

(5)本實用新型的擾動裝置采用復合材料絕熱外殼體、非金屬中間層和金屬內殼體的組合結構，能夠保證爆炸碎片不會對產品銅合金內壁造成破壞。

附圖說明

圖1的(a)為擾動裝置的安裝截面示意圖；(b)為本實用新型提供的一種適用于低溫液體火箭發動機的動態燃燒穩定性鑒定的擾動裝置的安裝示意圖。

圖2為本實用新型提供的一種適用于低溫液體火箭發動機的動態燃燒穩定性鑒定的擾動裝置的結構示意圖。

具體實施方式

本實用新型的基本思路為：一種燃燒穩定性鑒定試驗用擾動裝置，即一種適用于低溫液體火箭發動機的動態燃燒穩定性鑒定的擾動裝置，采用復合材料絕熱外殼體、非金屬中間層和金屬內殼體的組合結構。既可以滿足高低溫極端工作環境溫度的要求，實現在35K～3600K范圍內可靠引爆。其中擾動裝置在引爆之前先要經受3s低溫低壓環境(35K，0.5MPa)，之后要經受5s高溫環境(3600K，10MPa)，最長工作時間約10s。還能滿足振動環境的要求，在綜合振動加速度約200g下結構不破壞；同時保證爆炸碎片不會對試驗件銅合金內壁造成破壞。

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步詳細描述，

圖1(a)、(b)中：1.噴注器面板；2.擾動裝置；3.引線彎管；4.密封墊圈；5.連接螺紋；6.六方螺母；7.引爆導線；8.推力室；9.低溫燃料腔。

圖2中：10.主裝藥；11.起爆器；12.金屬內殼體；13.非金屬材料中間層；14.絕熱外殼體；

一種燃燒穩定性鑒定試驗用擾動裝置(2)包括：連接螺紋(5)、六方螺母(6)、引爆導線(7)、主裝藥(10)、起爆器(11)、金屬內殼體(12)、非金屬材料中間層(13)和絕熱外殼體(14)。

起爆器(11)包括輸入端和輸出端；起爆器(11)和金屬內殼體(12)位于非金屬材料中間層(13)內，主裝藥(10)通過灌裝填充于金屬內殼體(12)內，金屬內殼體(12)包括開口端，金屬內殼體(12)的開口端與起爆器(11)的輸出端采用壓焊連接；金屬內殼體(12)與非金屬材料中間層(13)之間有間隙；非金屬材料中間層(13)與起爆器(11)采用螺紋連接，非金屬材料中間層(13)安裝在絕熱外殼體(14)內，且絕熱外殼體(14)與非金屬材料中間層(13)采用纏繞或高溫膠粘接。

為了實現擾動裝置(2)在噴注器面板(1)的可靠密封安裝，在擾動裝置一端設計有連接螺紋(5)，通過連接螺紋(5)加密封墊圈(4)的連接方式實現了擾動裝置(2)在噴注器面板(1)上安裝的方式，解決了傳統的脈沖槍擾動方式在低溫再生冷卻發動機推力室身部上不易安裝的難題；連接螺紋(5)的一端與起爆器(11)的輸入端連接，連接螺紋(5)為中空圓柱，且連接螺紋(5)的外壁有外螺紋，引爆導線(7)從連接螺紋(5)中穿過，引爆導線(7)一端連接起爆器(11)，引爆導線(7)另一端作為自由端與外部連接；為了安裝方便，擾動裝置(2)一端設計有六方螺母(6)，六方螺母(6)套在連接螺紋(5)上，且位于靠近起爆器(11)的一端，連接螺紋(5)、六方螺母(6)、起爆器(11)為一體化成型件。

為了保證擾動裝置(2)能滿足發動機復雜振動環境的要求，在綜合振動加速度約200g下結構不破壞，同時能夠保證爆炸碎片不會對產品銅合金內壁造成破壞，本實用新型的擾動裝置(2)采用了復合材料絕熱外殼體(14)、非金屬中間層(13)和金屬內殼體(12)的組合結構。其中金屬內殼體(12)為中空圓柱，一端有開口即為開口端，另一端封閉即為封閉端，金屬內殼體(12)的開口端與起爆器(11)的輸出端采用壓焊連接，金屬內殼體(12)的封閉端頂住非金屬材料中間層(13)的內壁。非金屬材料中間層(13)為一端開口的中空圓柱，非金屬材料中間層(13)的開口端內壁有內螺紋，起爆器(11)為圓柱體，起爆器(11)的外壁有外螺紋，非金屬材料中間層(13)的開口端與起爆器(11)采用螺紋連接。非金屬材料中間層(13)安裝在絕熱外殼體(14)內，非金屬材料中間層(13)和絕熱外殼體(14)均為中空圓柱，非金屬材料中間層(13)的外壁和絕熱外殼體(14)的內壁緊密配合，且絕熱外殼體(14)的內壁與非金屬材料中間層(13)的外壁采用纏繞或高溫膠粘接。本實用新型采用的復合材料絕熱外殼體(14)設計，可以滿足高低溫極端工作環境溫度的要求，實現在35K～3600K范圍內在不同時刻可靠引爆，能夠滿足起動、轉級和關機不同階段可靠激發的要求。殼體厚度的選擇要綜合考慮結構強度、燒蝕率以及與裝藥量的匹配等因素，并通過試驗測定。

擾動裝置(2)的主裝藥(10)一般選用黑索今RDX，其能量密度較高，相應可以使得結構尺寸較小，從而滿足液體火箭發動機較小安裝空間的使用要求。裝藥量根據需要激起的壓力幅值確定，一般選取1g～3g。具體精確裝藥量可以通過調整殼體厚度和裝藥量的匹配試驗，實現不同壓力峰-峰值的激發。

如圖1(a)、(b)所示，擾動裝置(2)安裝于推力室(8)內，通過連接螺紋(5)連接于噴注器面板(1)上，同時通過密封墊圈(4)置于連接螺紋(5)與噴注器面板(1)之間實現燃氣密封，引爆導線(7)的自由端通過引線彎管(3)穿過推力室低溫燃料腔(9)與外部相連，引線彎管(3)穿過低溫燃料腔(9)，且引線彎管(3)一端連接噴注器面板(1)上，引線彎管(3)另一端與推力室低溫燃料腔(9)固定連通外部。

擾動裝置(2)需要通過一系列環境適應性試驗測試后才能正式使用。研制初期需要進行不同裝藥量(至少5組)和殼體厚度(至少5組)的冷態匹配試驗，同時測量冷試時初始沖擊波壓力幅值是否滿足燃燒室壓力單峰值(過壓)要求，優化裝藥量和殼體厚度匹配。優選后的方案需要進一步通過燒蝕試驗(參照GJB323A-1996燒蝕材料燒蝕試驗方法)考核擾動裝置(2)的熱防護性能，保證擾動裝置(2)在高溫環境下安全引爆；對于用于低溫推進劑火箭發動機的擾動裝置(2)，同時還要求通過低溫試驗(-196℃)考核擾動裝置(2)殼體材料的低溫適應性，保證擾動裝置(2)在低溫環境下安全引爆。最終擾動裝置(2)產品交付前需要通過振動試驗、液壓、氣密試驗考核擾動裝置(2)對振動環境的適應性以及連接設計結構在常溫和低溫下(-196℃)的密封性。