本實(shí)用新型涉及一種燃燒穩(wěn)定性鑒定試驗(yàn)用擾動(dòng)裝置，尤其涉及一種適用于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒穩(wěn)定性鑒定試驗(yàn)用擾動(dòng)裝置，屬于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)不穩(wěn)定燃燒的發(fā)生具有很大的隨機(jī)性，一般的發(fā)動(dòng)機(jī)試車，即使多次不出現(xiàn)燃燒不穩(wěn)定，也不能確定其動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性滿足要求。例如某四氧化二氮/混肼-50發(fā)動(dòng)機(jī)在1800次試車中出現(xiàn)了9次高頻不穩(wěn)定燃燒，不穩(wěn)定的概率為0.5％，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定性水平是不能滿足使用要求的。動(dòng)態(tài)燃燒穩(wěn)定性鑒定試驗(yàn)是一種可以用盡可能少的試驗(yàn)次數(shù)確定發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒穩(wěn)定性裕度和邊界的有效方法。其中的關(guān)鍵技術(shù)之一就是擾動(dòng)方法。

目前的動(dòng)態(tài)燃燒穩(wěn)定性鑒定常用的人為擾動(dòng)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(dòng)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(yīng)。大多數(shù)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)易于受熱而引起爆炸，碎片可能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成破壞。(2)定向脈沖槍方法，局限于在室壁上應(yīng)用，難于用到再生冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)上。脈沖槍入口與燃燒室有聲學(xué)上的相互作用，并影響穩(wěn)定性。(3)定向氣流方法，對(duì)壓力敏感過程影響很小，需要較大的供應(yīng)和控制系統(tǒng)。脈沖入口與燃燒室有聲學(xué)上的相互作用，并影響穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的技術(shù)問題為：克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種燃燒穩(wěn)定性鑒定試驗(yàn)用擾動(dòng)裝置，即適用于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)燃燒穩(wěn)定性鑒定的擾動(dòng)裝置，并且能夠滿足起動(dòng)、轉(zhuǎn)級(jí)和關(guān)機(jī)不同階段可靠激發(fā)的要求。解決了傳統(tǒng)的爆炸彈擾動(dòng)方式受熱易引爆和碎片破壞性問題、脈沖槍擾動(dòng)方式在再生冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝問題以及定向氣流方法擾動(dòng)效果不理想的問題。

本實(shí)用新型解決的技術(shù)方案為：一種燃燒穩(wěn)定性鑒定試驗(yàn)用擾動(dòng)裝置，包括：連接螺紋(5)、六方螺母(6)、引爆導(dǎo)線(7)、主裝藥(10)、起爆器(11)、金屬內(nèi)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(nèi)殼體(12)位于非金屬材料中間層(13)內(nèi)，主裝藥(10)通過灌裝填充于金屬內(nèi)殼體(12)內(nèi)，金屬內(nèi)殼體(12)包括開口端，金屬內(nèi)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(nèi)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(nèi)，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?qǐng)A柱，且連接螺紋(5)的外壁有外螺紋，引爆導(dǎo)線(7)從連接螺紋(5)中穿過，引爆導(dǎo)線(7)一端連接起爆器(11)，引爆導(dǎo)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(nèi)殼體(12)為中空?qǐng)A柱，一端有開口即為開口端，另一端封閉即為封閉端，金屬內(nèi)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(nèi)殼體(12)的封閉端頂住非金屬材料中間層(13)的內(nèi)壁。

所述非金屬材料中間層(13)為一端開口的中空?qǐng)A柱，非金屬材料中間層(13)的開口端內(nèi)壁有內(nèi)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(nèi)，非金屬材料中間層(13)和絕熱外殼體(14)均為中空?qǐng)A柱，非金屬材料中間層(13)的外壁和絕熱外殼體(14)的內(nèi)壁緊密配合，且絕熱外殼體(14)的內(nèi)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(jù)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(fā)。

所述的絕熱外殼體(14)采用選用低熱導(dǎo)率，低燒蝕率的復(fù)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(wěn)定性鑒定試驗(yàn)用擾動(dòng)裝置安裝在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力室內(nèi)時(shí)，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(dòng)裝置(2)置于推力室(8)內(nèi)，通過連接螺紋(5)連接于噴注器面板(1)上，同時(shí)通過密封墊圈(4)置于連接螺紋(5)與噴注器面板(1)之間實(shí)現(xiàn)燃?xì)饷芊?，引爆?dǎo)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(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種適用于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)燃燒穩(wěn)定性鑒定的擾動(dòng)裝置，采用在噴注器面安裝的方式，解決了傳統(tǒng)的脈沖槍擾動(dòng)方式在低溫再生冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)推力室身部上不易安裝的難題。

(2)本實(shí)用新型的擾動(dòng)裝置采用復(fù)合材料絕熱外殼體設(shè)計(jì)，可以滿足高低溫極端工作環(huán)境溫度的要求，實(shí)現(xiàn)在35K～3600K范圍內(nèi)在不同時(shí)刻可靠引爆，能夠滿足起動(dòng)、轉(zhuǎn)級(jí)和關(guān)機(jī)不同階段可靠激發(fā)的要求。

(3)本實(shí)用新型的擾動(dòng)裝置采用復(fù)合材料絕熱外殼體、非金屬中間層和金屬內(nèi)殼體的組合結(jié)構(gòu)，能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜振動(dòng)環(huán)境的要求，在綜合振動(dòng)加速度約200g下結(jié)構(gòu)不破壞；

(4)本實(shí)用新型的擾動(dòng)裝置可以通過調(diào)整殼體厚度和裝藥量的匹配，實(shí)現(xiàn)不同壓力峰-峰值的激發(fā)；

(5)本實(shí)用新型的擾動(dòng)裝置采用復(fù)合材料絕熱外殼體、非金屬中間層和金屬內(nèi)殼體的組合結(jié)構(gòu)，能夠保證爆炸碎片不會(huì)對(duì)產(chǎn)品銅合金內(nèi)壁造成破壞。

附圖說明

圖1的(a)為擾動(dòng)裝置的安裝截面示意圖；(b)為本實(shí)用新型提供的一種適用于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)燃燒穩(wěn)定性鑒定的擾動(dòng)裝置的安裝示意圖。

圖2為本實(shí)用新型提供的一種適用于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)燃燒穩(wěn)定性鑒定的擾動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型的基本思路為：一種燃燒穩(wěn)定性鑒定試驗(yàn)用擾動(dòng)裝置，即一種適用于低溫液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)燃燒穩(wěn)定性鑒定的擾動(dòng)裝置，采用復(fù)合材料絕熱外殼體、非金屬中間層和金屬內(nèi)殼體的組合結(jié)構(gòu)。既可以滿足高低溫極端工作環(huán)境溫度的要求，實(shí)現(xiàn)在35K～3600K范圍內(nèi)可靠引爆。其中擾動(dòng)裝置在引爆之前先要經(jīng)受3s低溫低壓環(huán)境(35K，0.5MPa)，之后要經(jīng)受5s高溫環(huán)境(3600K，10MPa)，最長(zhǎng)工作時(shí)間約10s。還能滿足振動(dòng)環(huán)境的要求，在綜合振動(dòng)加速度約200g下結(jié)構(gòu)不破壞；同時(shí)保證爆炸碎片不會(huì)對(duì)試驗(yàn)件銅合金內(nèi)壁造成破壞。

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述，

圖1(a)、(b)中：1.噴注器面板；2.擾動(dòng)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(dǎo)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(nèi)殼體；13.非金屬材料中間層；14.絕熱外殼體；

一種燃燒穩(wěn)定性鑒定試驗(yàn)用擾動(dòng)裝置(2)包括：連接螺紋(5)、六方螺母(6)、引爆導(dǎo)線(7)、主裝藥(10)、起爆器(11)、金屬內(nèi)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(nèi)殼體(12)位于非金屬材料中間層(13)內(nèi)，主裝藥(10)通過灌裝填充于金屬內(nèi)殼體(12)內(nèi)，金屬內(nèi)殼體(12)包括開口端，金屬內(nèi)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(nèi)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(nèi)，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(shí)現(xiàn)擾動(dòng)裝置(2)在噴注器面板(1)的可靠密封安裝，在擾動(dòng)裝置一端設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了擾動(dòng)裝置(2)在噴注器面板(1)上安裝的方式，解決了傳統(tǒng)的脈沖槍擾動(dòng)方式在低溫再生冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)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?qǐng)A柱，且連接螺紋(5)的外壁有外螺紋，引爆導(dǎo)線(7)從連接螺紋(5)中穿過，引爆導(dǎo)線(7)一端連接起爆器(11)，引爆導(dǎo)線(7)另一端作為自由端與外部連接；為了安裝方便，擾動(dòng)裝置(2)一端設(shè)計(jì)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(dòng)裝置(2)能滿足發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜振動(dòng)環(huán)境的要求，在綜合振動(dòng)加速度約200g下結(jié)構(gòu)不破壞，同時(shí)能夠保證爆炸碎片不會(huì)對(duì)產(chǎn)品銅合金內(nèi)壁造成破壞，本實(shí)用新型的擾動(dòng)裝置(2)采用了復(fù)合材料絕熱外殼體(14)、非金屬中間層(13)和金屬內(nèi)殼體(12)的組合結(jié)構(gòu)。其中金屬內(nèi)殼體(12)為中空?qǐng)A柱，一端有開口即為開口端，另一端封閉即為封閉端，金屬內(nèi)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(nèi)殼體(12)的封閉端頂住非金屬材料中間層(13)的內(nèi)壁。非金屬材料中間層(13)為一端開口的中空?qǐng)A柱，非金屬材料中間層(13)的開口端內(nèi)壁有內(nèi)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(nèi)，非金屬材料中間層(13)和絕熱外殼體(14)均為中空?qǐng)A柱，非金屬材料中間層(13)的外壁和絕熱外殼體(14)的內(nèi)壁緊密配合，且絕熱外殼體(14)的內(nèi)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(shí)用新型采用的復(fù)合材料絕熱外殼體(14)設(shè)計(jì)，可以滿足高低溫極端工作環(huán)境溫度的要求，實(shí)現(xiàn)在35K～3600K范圍內(nèi)在不同時(shí)刻可靠引爆，能夠滿足起動(dòng)、轉(zhuǎn)級(jí)和關(guān)機(jī)不同階段可靠激發(fā)的要求。殼體厚度的選擇要綜合考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、燒蝕率以及與裝藥量的匹配等因素，并通過試驗(yàn)測(cè)定。

擾動(dòng)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(yīng)可以使得結(jié)構(gòu)尺寸較小，從而滿足液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)較小安裝空間的使用要求。裝藥量根據(jù)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(diào)整殼體厚度和裝藥量的匹配試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)不同壓力峰-峰值的激發(fā)。

如圖1(a)、(b)所示，擾動(dòng)裝置(2)安裝于推力室(8)內(nèi)，通過連接螺紋(5)連接于噴注器面板(1)上，同時(shí)通過密封墊圈(4)置于連接螺紋(5)與噴注器面板(1)之間實(shí)現(xiàn)燃?xì)饷芊?，引爆?dǎo)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(dòng)裝置(2)需要通過一系列環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)測(cè)試后才能正式使用。研制初期需要進(jìn)行不同裝藥量(至少5組)和殼體厚度(至少5組)的冷態(tài)匹配試驗(yàn)，同時(shí)測(cè)量冷試時(shí)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(yōu)化裝藥量和殼體厚度匹配。優(yōu)選后的方案需要進(jìn)一步通過燒蝕試驗(yàn)(參照GJB323A-1996燒蝕材料燒蝕試驗(yàn)方法)考核擾動(dòng)裝置(2)的熱防護(hù)性能，保證擾動(dòng)裝置(2)在高溫環(huán)境下安全引爆；對(duì)于用于低溫推進(jìn)劑火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的擾動(dòng)裝置(2)，同時(shí)還要求通過低溫試驗(yàn)(-196℃)考核擾動(dòng)裝置(2)殼體材料的低溫適應(yīng)性，保證擾動(dòng)裝置(2)在低溫環(huán)境下安全引爆。最終擾動(dòng)裝置(2)產(chǎn)品交付前需要通過振動(dòng)試驗(yàn)、液壓、氣密試驗(yàn)考核擾動(dòng)裝置(2)對(duì)振動(dòng)環(huán)境的適應(yīng)性以及連接設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)在常溫和低溫下(-196℃)的密封性。