一种固体推进剂燃烧产物收集装置及收集方法
【专利摘要】本发明公开了一种固体推进剂燃烧产物收集装置及收集方法。该装置结构简单，燃气发生器与真空舱前端扩散段法兰固连，扩散段法兰焊接在真空舱前封盖安装孔上，真空舱圆筒段后端有环形凹槽内嵌耐高温硅橡胶垫圈，后舱门上安装有测压阀、测温阀、排气阀、进气阀、真空泵阀；操作时，真空舱圆筒段后端与后舱门通过连接板和螺栓固连。真空舱位于底座上，通过前挡板与后挡板和螺栓固定连接。该装置易于操作，燃气发生器点火后，燃烧产物从燃烧室连接口喷入已抽真空或充入惰性气体的真空舱内，待冷却后，部分气相燃烧产物通过排气阀收集，凝相燃烧产物则由于重力作用分布在真空舱内壁面，打开后舱门，即可精确无污染地收集所有凝相燃烧产物。
【专利说明】一种固体推进剂燃烧产物收集装置及收集方法
【技术领域】
[0001]本发明属于固体火箭【技术领域】，具体地说，涉及一种固体推进剂燃烧产物收集装置及收集方法。
【背景技术】
[0002]固体推进剂燃烧产物分为气相燃烧产物和凝相燃烧产物。气相燃烧产物和凝相燃烧产物的组成和含量由燃烧过程决定，对固体推进剂燃烧产物组成和含量的确定可以推断燃料之间的竞争氧化和燃烧化学反应，由此推测燃烧反应机理。因此一种准确可靠的，且构型操作简单的固体推进剂燃烧产物收集装置，是进一步研究固体推进剂燃烧产物的前提和保障。[0003]现有公开的技术文献《固体火箭发动机燃烧室凝相粒子的收集与分析》(固体火箭技术，2008年第31卷第5期第461页，)中，设计了一种固体火箭发动机燃烧室凝相粒子收集装置，该收集装置由两个高压容器组成，分别为粒子收集容器和压力保持容器，在粒子收集容器的顶部设计一个可拆卸的燃烧室，用于放置推进剂试样、点火装置、充气接口和压强传感器。在粒子收集器的底部设有排水装置，实验结束时，通过一个专门设计的3μπι过滤器，将粒径大于3 μ m的所有粒子收集。目的是利用水冻结固体推进剂的燃烧产物，获得凝相粒子° 在《Investigation of Gaseous and Solid Reaction Products in a StepCombustor Using a Water-Cooled Sampling Probe))(AIAA,A96-37004)中，描述了一种爪型固体火箭发动机燃烧产物取样装置，通过在补燃室壁面开一个玻璃小孔，将一个电机驱动的水冷的爪型探针深入到补燃室中，凝相燃烧产物会在爪型探针的表面冷却并被收集在探针的凹腔内。
[0004]固体火箭发动机燃烧室凝相粒子收集装置能对燃烧产物中全部的凝相粒子进行收集，通过改变水面和推进剂燃面之间的距离，而获得流动过程对铝燃烧完全性的影响，但仍存在一些不足:炽热的燃烧产物中含有民03、8、41^41203、1%0—些物质，这些物质部分会与粒子收集容器中的水发生化学反应，实际收集到的凝相燃烧产物不能完全真实地反映出燃烧室内的实际燃烧过程。爪型固体火箭发动机燃烧产物取样装置的不足是:在燃烧室壁面开取玻璃小孔难度较大，存在一定的安全隐患；另外，爪型探针收集到的燃烧产物不具有代表性，随着小孔位置及探针伸入长度的不同，所收集的凝相燃烧产物成分和粒径分布会有所差异。
【发明内容】
[0005]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种固体推进剂燃烧产物的收集装置及收集方法，收集装置结构简单，能精确无污染地收集固体推进剂的所有凝相燃烧产物和部分气相燃烧产物。为进一步研究固体火箭发动机燃烧过程和推测燃烧反应机理提供可靠的依据。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:固体推进剂燃烧产物收集装置，包括燃气发生器、真空舱、底座、后舱门、真空舱圆筒段、前挡板、后挡板、连接板、扩散段法兰、螺栓、耐高温硅橡胶垫圈、测压阀、测温阀、排气阀、进气阀、真空泵阀，燃气发生器与真空舱前端部扩散段法兰通过螺栓固连，扩散段法兰焊接在真空舱前封盖安装孔上，真空舱圆筒段后端有3mm深的环形凹槽，环形凹槽内嵌耐高温硅橡胶垫圈，后舱门上依中心径向排布多个泵阀接口，通过螺纹安装测压阀、测温阀、排气阀、进气阀、真空泵阀，后舱门与舱门支架连接，工作时，真空舱圆筒段后端部与后舱门通过连接板和螺栓固连；真空舱位于底座上，通过前挡板与后挡板和螺栓固定连接。
[0007]—种采用所述的固体推进剂燃烧产物收集装置进行燃烧产物收集的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0008]步骤1.将固体推进剂放置在燃烧室内，装配燃气发生器；
[0009]步骤2.将燃气发生器与真空舱前端部扩散段法兰连接，连接处采用耐高温硅橡胶密封垫圈放置在环形凹槽内进行密封；
[0010]步骤3.将压力传感器、温度传感器分别安装在真空舱后舱门的测压阀、测温阀上，关闭后舱门；
[0011]步骤4.关闭除真空泵阀外的所有阀门，打开真空泵阀、开启真空泵，抽止真空舱内气压至0.03Mpa时，保持5分钟后关闭真空泵，检查真空舱的气密性；
[0012]步骤5.燃气发生器按照指令进行点火；
[0013]步骤6.待点火30分钟后，打开真空舱的排气阀，用气囊收集真空舱内的固体推进剂气相燃烧产物；
[0014]步骤7.待气相燃烧产物收集完毕后，打开真空舱后舱门，收集沉积在真空舱体内壁表面的凝相燃烧产物。
[0015]有益效果
[0016]本发明提出的一种固体推进剂燃烧产物收集装置及收集方法。固体推进剂燃烧产物收集装置结构简单；燃气发生器与真空舱前端部扩散段法兰通过螺栓固连，扩散段法兰焊接在真空舱前封盖安装孔上，真空舱圆筒段后端有3mm深的环形凹槽，环形凹槽内嵌耐高温硅橡胶垫圈，后舱门上依中心径向排布安装有测压阀、测温阀、排气阀、进气阀、真空泵阀，后舱门与舱门支架连接，工作时，真空舱圆筒段后端部与后舱门通过连接板和螺栓固连；真空舱位于底座上，通过前挡板与后挡板和螺栓固定连接。固体推进剂燃烧产物收集装置易于操作；燃气发生器点火后，燃烧产物从燃烧室连接口处喷入已抽真空或充入惰性气体的真空舱内，待冷却后,部分气相燃烧产物通过排气阀收集,凝相燃烧产物则由于重力作用沿真空箱内壁面分布，打开后舱门，即可精确无污染地收集固体推进剂的所有凝相燃烧产物。通过分析固体推进剂燃烧产物研究固体火箭发动机燃烧过程和推测燃烧反应机理具有重大意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面结合附图和实施方式对本发明一种固体推进剂燃烧产物收集装置及收集方法作进一步详细说明。
[0018]图1为固体推进剂燃烧产物收集装置示意图。
[0019]图2为固体推进剂燃烧产物收集装置右视图。[0020]图3为固体推进剂燃烧产物收集装置的圆筒段示意图。
[0021]图中:
[0022]1.燃气发生器2.真空舱3.后舱门4.后挡板5.底座6.前挡板7.真空舱圆筒段
8.连接板9.测压阀10.测温阀11.排气阀12.进气阀13.真空泵阀14.螺栓15.耐高温硅橡胶垫圈16.扩散段法兰
【具体实施方式】
[0023]本实施例是一种固体推进剂燃烧产物收集装置及收集方法。
[0024]参阅图1、图2、图3，本实施例固体推进剂燃烧产物收集装置，由燃气发生器1、真空舱2、底座5、后舱门3、真空舱圆筒段7、前挡板6、后挡板4、连接板8、扩散段法兰16、螺栓14、耐高温硅橡胶垫圈15、测压阀9、测温阀10、排气阀11、进气阀12、真空泵阀13组成；燃气发生器I为典型固体火箭发动机结构，真空舱2结构为长度1000mm,半径400mm,壁厚30mm的不锈钢圆筒形结构，燃气发生器I与真空舱2前端部扩散段法兰16通过螺栓固定连接，连接处的环形凹槽内放置有耐高温硅橡胶密封垫圈，扩散段法兰16焊接在真空舱2前封盖安装孔上。真空舱圆筒段7后端有3mm深的环形凹槽，环形凹槽内嵌耐高温硅橡胶垫圈15，后舱门3上依中心径向排布多个泵阀接口，通过螺纹连接安装测压阀9，测温阀10，排气阀11，进气阀12，真空泵阀13，后舱门3与舱门支架连接，工作时，真空舱圆筒段7后端部与后舱门3通过连接板8和螺栓固定连接；真空舱2固定在底座上，通过前挡板6与后挡板4和螺栓14固定连接。在燃气发生器I点火后，燃烧产物从燃气发生器喷管扩张段与真空舱的接口处喷入已抽真空或充入惰性气体的真空舱内，待冷却后，气相燃烧产物通过排气阀收集，凝相燃烧产物则由于重力作用分布在真空舱内壁面上，打开后舱门进行收集所有的凝相产物。
[0025]基于上述固体推进剂燃烧产物收集装置，本发明还提出一种燃烧产物收集的方法，其包括以下步骤:
[0026]首先，将底座5与地面通过螺栓固定连接，真空舱2放置在底座上，安装后挡板4，使前挡板6和后挡板4对真空舱2进行限位固定并通过螺栓固连；将后舱门3与真空舱2后部一侧的舱门支架进行铰链连接，舱门支架通过螺栓固定在地面上；然后安装燃气发生器。
[0027]步骤一，将固体推进剂放置在燃烧室内，装配燃气发生器I ;
[0028]步骤二，将燃气发生器I与真空舱2前端部扩散段法兰16连接，连接处采用耐高温硅橡胶密封垫圈15放置在环形凹槽内进行密封；
[0029]步骤三，将压力传感器、温度传感器分别安装在真空舱后舱门3的测压阀9、测温阀10上,关闭后舱门3 ；
[0030]步骤四，关闭除真空泵阀13外的所有阀门，打开真空泵阀13、开启真空泵，抽止真空舱2内气压至0.03Mpa时，保持5分钟后关闭真空泵，检查真空舱2的气密性；
[0031]步骤五，燃气发生器I按照指令进行点火；
[0032]步骤六，待点火30分钟后，打开真空舱2的排气阀11，用气囊收集真空舱2内的固体推进剂气相燃烧产物；
[0033]步骤七，待气相燃烧产物收集完毕后，打开真空舱后舱门3，收集沉积在真空舱体内壁表面的凝相燃烧产物。
【权利要求】
1.一种固体推进剂燃烧产物收集装置，其特征在于:包括燃气发生器、真空舱、底座、后舱门、真空舱圆筒段、前挡板、后挡板、连接板、扩散段法兰、螺栓、耐高温硅橡胶垫圈、测压阀、测温阀、排气阀、进气阀、真空泵阀， 燃气发生器与真空舱前端部扩散段法兰通过螺栓固连，扩散段法兰焊接在真空舱前封盖安装孔上，真空舱圆筒段后端有3mm深的环形凹槽，环形凹槽内嵌耐高温硅橡胶垫圈，后舱门上依中心径向排布多个泵阀接口，通过螺纹安装测压阀、测温阀、排气阀、进气阀、真空泵阀，后舱门与舱门支架连接，工作时，真空舱圆筒段后端部与后舱门通过连接板和螺栓固连；真空舱位于底座上，通过前挡板与后挡板和螺栓固定连接。
2.一种采用权利要求1所述的固体推进剂燃烧产物收集装置进行燃烧产物收集的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1.将固体推进剂放置在燃烧室内，装配燃气发生器； 步骤2.将燃气发生器与真空舱前端部扩散段法兰连接，连接处采用耐高温硅橡胶密封垫圈放置在环形凹槽内进行密封； 步骤3.将压力传感器、温度传感器分别安装在真空舱后舱门的测压阀、测温阀上，关闭后舱I? ； 步骤4.关闭除真空泵阀外的所有阀门，打开真空泵阀、开启真空泵，抽止真空舱内气压至0.03Mpa时，保持5分钟后关闭真空泵，检查真空舱的气密性； 步骤5.燃气发生器按照指令进行点火； 步骤6.待点火30分钟后，打开真空舱的排气阀，用气囊收集真空舱内的固体推进剂气相燃烧产物； 步骤7.待气相燃烧产物收集完毕后，打开真空舱后舱门，收集沉积在真空舱体内壁表面的凝相燃烧产物。
【文档编号】G01N1/14GK103954482SQ201410205548
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月15日 优先权日:2014年5月15日
【发明者】胡松启, 王鹏飞, 刘凯, 陈静 申请人:西北工业大学