发动机工况调整试验装置及调整方法

本发明涉及火箭发动机，尤其涉及一种发动机工况调整试验装置及调整方法。

背景技术：

1、在火箭发动机燃烧过程中存在燃烧不稳定工况以及稳定燃烧工况，为了提高发动机的可靠性与稳定性，需要进行快速工况调整，对燃烧不稳定工况进行动态控制。

2、燃烧不稳定工况是一种强非线性工况，其由喷注、雾化、蒸发、混合和化学反应等子过程组成，燃烧室中的声震动与各个子过程产生耦合。液体火箭发动机燃烧不稳定性按室压振荡频率分为三类， 200hz以下低频不稳定燃烧、200hz-1000hz中频不稳定燃烧和1000hz以上高频不稳定燃烧。1.高频燃烧不稳定性是燃烧过程与燃烧室声学振荡相耦合的结果振，出现高频燃烧不稳定性时常伴随有强烈的机械振动，并使燃烧室局部传热率急剧增加，从而导致发动机损坏。2.低频燃烧不稳定性主要由供应系统内的流动过程与燃烧室内燃烧过程相耦合而产生，振荡频率较低，通常在200赫兹以下。在燃气振荡同时,推进剂供应系统内的流体也随之振荡，导致混合比的急剧变化和发动机性能降低。3.中频不稳定频率通常是喷嘴内流动和供应系统管路内的流动耦合产生。由此可见，喷嘴、燃烧室和发动机供应系统三个主要构件之间存在动态间的相互影响，燃烧室中产生的声压振荡，影响后续的燃烧过程。声压振荡导致喷嘴出口压力、流量等工作参数产生变化，致使喷嘴出现脉动，喷嘴的振荡与供应系统的振荡产生耦合，导致供应系统中的压力产生脉动，进而使进入喷嘴的推进剂流量进一步发生变化，从而在整个发动机系统中形成反馈造成燃烧不稳定。而燃烧不稳定发生时对发动机的寿命与性能都会产生一定的影响，因此需要研究一种工况调节试验装置来探究工况调对燃烧不稳定的影响。

3、但是现有的工况调节试验装置为单一总管、单路单阀，缺乏动态调节方式，调节响应慢，无法快速将不稳定燃烧状态调节至稳定燃烧状态，不利于对燃烧工况的调节进行深入研究。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种发动机工况调整试验装置及调整方法，以解决现有的工况调节试验装置存在的缺乏动态调节方式，调节响应慢，无法快速将不稳定燃烧状态调节至稳定燃烧状态的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案在于：

3、本发明提供了一种发动机工况调整试验装置，包括：氧化剂贮箱、推进剂贮箱、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和燃烧室；

4、所述第一管路和所述第二管路的入口均与所述氧化剂贮箱连通，所述第一管路与所述第二管路的出口交汇于一点，所述第一管路与所述第二管路交汇后与所述燃烧室连通；

5、所述氧化剂贮箱中的氧化剂流经所述第一管路和/或所述第二管路进入所述燃烧室；

6、所述第三管路和所述第四管路的入口均与所述推进剂贮箱连通，所述第三管路与所述第四管路的出口交汇于一点，所述第三管路和所述第四管路交汇后与所述燃烧室连通；

7、所述推进剂贮箱中的推进剂流经所述第三管路和/或所述第四管路进入所述燃烧室；

8、当接通所述第一管路或所述第二管路，同时接通所述第三管路或所述第四管路时，产生燃烧不稳定工况；

9、在所述燃烧不稳定工况基础上，打开未接通的管路，通过压差的瞬时改变，从燃烧不稳定工况切换至燃烧稳定工况。

10、进一步的，

11、所述发动机工况调整试验装置还包括第五管路；

12、所述第五管路的入口与所述第一管路连通，出口与氧化剂废液收集循环部件相连。

13、进一步的，

14、发动机工况调整试验装置还包括第六管路；

15、所述第六管路入口与所述第四管路连通，出口与推进剂废液收集循环部件相连。

16、进一步的，

17、所述第一管路与所述第二管路的交汇点与所述燃烧室之间设置有第一阀；

18、所述第二管路上设置有第二阀；

19、所述第三管路上设置有第三阀；

20、所述第三管路与所述第四管路的交汇点与所述燃烧室之间设置有第四阀；

21、所述第五管路设置有第五阀；

22、所述第六管路设置有第六阀。

23、进一步的，

24、所述发动机工况调整试验装置还包括高压气瓶；

25、所述氧化剂贮箱和所述推进剂贮箱均与所述高压气瓶连通，所述高压气瓶用于向所述氧化剂贮箱和所述推进剂贮箱注入高压气体。

26、进一步的，

27、所述氧化剂贮箱通过第一连接管与所述高压气瓶连接，所述第一连接管设置有第一单向阀。

28、进一步的，

29、所述推进剂贮箱通过第二连接管与所述高压气瓶连接，所述第二连接管设置有第二单向阀。

30、进一步的，

31、所述第一连接管和所述第二连接管的入口端交汇于一处，并通过第三连接管与所述高压气瓶连通；

32、所述第三连接管朝远离所述高压气瓶的方向依次设置有高压气体阀和减压阀。

33、进一步的，

34、所述发动机工况调整试验装置还包括观测仪器、背景板和背景光源；

35、所述观测仪器、所述燃烧室、所述背景板和所述背景光源依次共线设置，所述观测仪器用于观测燃烧情况。

36、第二方面，本发明提供了一种基于所述的发动机工况调整试验装置的调整方法，包括以下步骤：

37、开启高压气体阀，以使高压气体分别通过第一连接管和第二连接管进入氧化剂贮箱和推进剂贮箱；

38、开启不稳定工况：接通第一管路和第四管路，以产生燃烧不稳定工况；

39、转换至稳定工况：在接通第一管路和第四管路的基础上，至少接通第二管路和第五管路中的一个，同时至少接通第三管路和第六管路中的一个，通过压差的瞬时改变，以产生燃烧稳定工况。

40、综合上述技术方案，本发明所能实现的技术效果在于：

41、本发明提供的发动机工况调整试验装置，包括：氧化剂贮箱、推进剂贮箱、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和燃烧室；第一管路和第二管路的入口均与氧化剂贮箱连通，第一管路与第二管路的出口交汇于一点，第一管路与第二管路交汇后与燃烧室连通；氧化剂贮箱中的氧化剂流经第一管路和/或第二管路进入燃烧室；第三管路和第四管路的入口均与推进剂贮箱连通，第三管路与第四管路的出口交汇于一点，第三管路和第四管路交汇后与燃烧室连通；推进剂贮箱中的推进剂流经第三管路和/或第四管路进入燃烧室；当接通第一管路或第二管路，同时接通第三管路或第四管路时，产生燃烧不稳定工况；在燃烧不稳定工况基础上，打开未接通的管路，通过压差的瞬时改变，从燃烧不稳定工况切换至燃烧稳定工况。

42、由于燃烧室内喷注器中的喷注流量由燃烧室喷注器的喷前压力p2与燃烧室压力p3产生的压差△p决定，其中，△p=p2-p3，根据伯努利方程可得：(p1-△p)/ρ+1/2v2+gh1=p2/ρ+1/2v2+gh2，其中，p1为贮箱内的压力，△p为管路的压力损耗，p2为喷前压力，ρ为管路中液体密度，v为液体流速，g为重力加速度，h1为压力改变后试验装置喷嘴距地面高度，h为压力改变前试验装置喷嘴距地面高度。实验时喷嘴相对位置不变h1=h2。喷前压力p2与贮箱内的压力p1及管路与燃烧室之间的管路损耗△p有关，而管路的压力损耗的快速响应△p与管路的数目有直接的关系，本发明通过设置多条管路，将来自氧化剂贮箱的氧化剂和来自推进剂贮箱的推进剂注入燃烧室，当打开第一管路和第二管路其中之一、第三管路和第四管路其中之一时，产生燃烧不稳定工况，在此基础上打开未开启管路，通过压差的瞬时改变实现快速从燃烧不稳定工况切换至燃烧稳定工况。本发明通过快速组合调配，达到燃烧稳定工况，探究不同情况下的动态工况调节和动态调节效果，对火箭发射过程中产生的不稳定燃烧的应对有重要意义，可提高发射的成功率与可靠性，解决了现有的工况调节试验装置存在的缺乏动态调节方式，调节响应慢，无法快速将不稳定燃烧状态调节至稳定燃烧状态的问题。