一种固体推进剂燃气羽流颗粒分层收集装置

摘要

本发明涉及一种固体推进剂燃气羽流颗粒分层收集装置，主要由喇叭形透明玻璃罩、凝胶质块、颗粒过滤网、环形透明玻璃罩等组成。将凝胶质块、颗粒过滤网和环形透明玻璃罩进行合理组合并进行周边加固，放置于距离发动机尾部适当距离的位置，对发动机点火过程中推进剂燃气羽流颗粒进行收集。本装置使用凝胶质块对羽流颗粒进行降温、降速，通过凝胶质块与不同孔径颗粒过滤网分级组合的方式实现对不同粒径颗粒进行分层收集及收集过程颗粒运动轨迹可视化的目的，该装置具有结构简单、收集精度高、可重复使用、收集可视化的特点，可作为常规“水收集法”的良好替代产品。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于凝胶质的固体推进剂燃气羽流颗粒分层收集装置，适用于固体推进剂燃气羽流颗粒评价及表征技术领域。

背景技术

随着高能固体推进剂中固体组份的种类及含量的增加，燃烧过程中易产生燃烧不稳定现象。由于铝颗粒及其燃烧产物的含量、粒径对固体火箭发动机燃烧稳定性起着至关重要的作用，为了抑制燃烧不稳定的产生，通常在高能固体推进剂中加入铝颗粒。然而推进剂燃烧环境的限制，无法在燃烧进程研究铝颗粒及其燃烧产物的燃烧行为，所以通过收集推进剂燃气羽流颗粒的方法对其进行研究得到广大科研工作者的关注。由于固体推进剂燃气羽流颗粒具有高温、高速的特点，为了收集燃烧中的固体颗粒，当前主要采用“水收集法”，但该方法收集过程由于颗粒具有高温属性会导致颗粒继续与水反应改变其原有形态且收集过程无法固定颗粒位置，导致颗粒团聚在一起，最终无法估算颗粒的动量及其空间位置分布。

发明内容

为了解决现有技术的不足或缺陷，本发明提供一种可视化的燃气羽流颗粒分层收集装置，可以将不同粒径颗粒根据粒径分布区间进行分层收集、固定，为进一步研究铝颗粒及其燃烧产物的燃烧行为提供准确颗粒运动轨迹、空间分布、粒径分布等信息。

本发明提供一种可视化的燃气羽流颗粒分层收集装置，包括凝胶质、喇叭形透明玻璃罩、颗粒收集器、环形固定夹、支撑底座；

所述颗粒收集器有多层，每层分别由环形透明玻璃罩、塑料卡环、凝胶质块、颗粒过滤网组成，环形透明玻璃罩内从左至右顺序为塑料卡环、凝胶质块、颗粒过滤网，三者紧密贴合，塑料卡环与透明玻璃罩内壁紧密贴合，环厚以能够卡住凝胶质块为准，颗粒过滤网通过其边缘上的固定钩与环形透明玻璃罩内边缘的圆孔相互勾连，颗粒过滤网靠近环形透明玻璃罩端口，端口内有卡台，用以固定住下一层颗粒收集器的塑料卡环；将多层颗粒收集器连接在一起，通过环形固定夹将端口处箍紧；

所述喇叭形透明玻璃罩喇叭口内壁附着一层凝胶质，平直段端口内有卡台，通过环形固定夹将喇叭形透明玻璃罩平直段端口与多层颗粒收集器连接紧固；

所述的支撑底座位于多层颗粒收集器底部，上有两对弧形装置，用于固定多层颗粒收集器。

在最后一级环形透明玻璃罩颗粒过滤网外侧可使用带螺栓孔的装置固定块(形状为弧形块)，固定块圆弧半径与环形透明玻璃罩内半径一致，高度调节杆经螺栓孔与装置固定块连接，通过调节高度调节杆使得装置固定块与环形透明玻璃罩内侧相切；高度调节杆通过转换接头经由运动滑块与固定在支撑底座上的水平固定杆连接，运动滑块套在水平固定杆上，可进行滑动调节，通过调节装置固定块、高度调节杆、运动滑块的位置，实现对装置的固定。

所述喇叭形透明玻璃罩采用耐热、强度高、抗热震的耐热玻璃制成，形状近似喇叭口，大端对正固体火箭发动机喷管出口(距离适当距离)，采用此形状目的是增大收集空间，减小颗粒散射损失。喇叭形透明玻璃罩平直段端口及各级环形透明玻璃罩两端口可开有相同凹槽；环形固定夹位于透明玻璃罩接口凹槽内，宽度与凹槽宽度相配。

所述的环形固定夹，在闭合端开有两个螺栓孔，可通过螺栓连接进行收紧。

所述的凝胶质为碱性环境下有机二次合成的透明、高强度琼脂，实现对高温、高速羽流颗粒降温、降速目的。

本发明的优点在于：

1.本发明结构简单，通过将颗粒过滤网、塑料卡环、凝胶质块集成到单个子模块中，而后进行模块化操作，易于组装；通过使用耐热玻璃，使得颗粒收集过程可视化。

2.通过使用凝胶质对高速高温颗粒进行降温减速处理，解决了传统“水收集法”过程中高温颗粒与水反应及高速碰撞收集容器壁面导致原始形态被破坏的难题。

3.通过使用不同孔径颗粒过滤网进行分层组装的方案，实现了对不同粒径大小羽流颗粒的分层收集目的，避免颗粒在同一区域集中收集出现团聚的问题。

4.本发明可根据试验需求调整环形分层收集器的数目，做到对羽流颗粒的精细分离，灵活性高。

附图说明

图1为燃气羽流颗粒收集装置与火箭发动机相对位置示意图；

图2为燃气羽流颗粒收集装置的半剖视图；

图3为环形透明玻璃罩及颗粒过滤网组装示意图；

图4为环形固定夹示意图；

图5为支撑底座示意图；

其中，1—凝胶质，2—喇叭形透明玻璃罩，3—环形固定夹，4—塑料卡环，5—环形透明玻璃罩，6—凝胶质块，7—颗粒过滤网，8—装置固定块，9—高度调节杆，10—运动滑块，11—水平固定杆，12—支撑底座。

具体实施方式

下面结合图和具体实施例来对本发明进一步说明。

实施例1

如图1所示，将本发明喇叭形透明玻璃罩2放置于距离固体火箭发动机喷管适当距离处，对发动机点火即可进行颗粒收集。

利用羽流颗粒分层收集装置，如图2-5所示，包括凝胶质1，喇叭形透明玻璃罩2，环形固定夹3，塑料卡环4，环形透明玻璃罩5，凝胶质块6，颗粒过滤网7，装置固定块8，高度调节杆9，运动滑块10，水平固定杆11，支撑底座12。

喇叭形透明玻璃罩2末端平直段及各级环形透明玻璃罩5两侧开有等间距的凹槽；喇叭形透明玻璃罩2内壁附着一层凝胶质1；将环形固定夹3(宽度为凹槽宽度2倍)放置于第一级环形透明玻璃罩5及喇叭形透明玻璃罩2末端平直段凹槽上，经环形固定夹3上螺栓连接进行固定；第N级和第N+1级(1≤N≤4)的环形透明玻璃罩5同样通过此方法进行连接固定；每级环形透明玻璃罩5内由塑料卡环4、凝胶质块6、颗粒过滤网7三部分组成，将厚度一定的塑料卡环4(外径约等于环形透明玻璃罩内径)放置于凝胶质块6及前一级环形透明玻璃罩5内部卡台(三者相互紧贴)之间，以便固定住塑料卡环4，而后凝胶质块6紧贴于颗粒过滤网7，颗粒过滤网7通过其边缘上的8个固定钩与环形透明玻璃罩5内边缘的8个圆孔相互勾连实现环形透明玻璃罩5与颗粒过滤网7的连接固定；在最后一级环形透明玻璃罩5外侧使用带螺栓孔的装置固定块8(形状为弧形块)，固定块8的圆弧半径与环形透明玻璃罩5内半径一致，高度调节杆9经螺栓孔与装置固定块8连接，通过调节高度调节杆9使得装置固定块8与环形透明玻璃罩5内侧相切；高度调节杆9通过转换接头经由运动滑块10与固定在支撑底座12上的水平固定杆11连接，运动滑块10套在水平固定杆11上，可进行滑动调节，通过调节装置固定块8、高度调节9杆、运动滑块10的位置，实现对装置的固定。

喇叭形透明玻璃罩2采用耐热、强度高、抗热震的耐热玻璃制成。其形状近似喇叭口，大端对正固体火箭发动机喷管出口(距离适当距离)，小端有一平直段且末端处开有凹槽，直径与环形透明玻璃罩5内径一致并通过环形固定夹3与第一级环形透明玻璃罩5连接，采用此形状目的是增大收集空间，减小颗粒散射损失。

环形透明玻璃罩5材料为耐热玻璃，两侧开有等间距凹槽，在内部圆周上等间距开有8个圆孔。

环形固定夹3，在闭合端开有两个螺栓孔，可通过螺栓连接进行收紧。

凝胶质为碱性环境下有机二次合成的透明、高强度琼脂。

支撑底座12上有2对弧形装置，用于周向固定各级环形透明玻璃罩5。

颗粒收集装置的组装方法，包括以下步骤：

1)依据试验要求确定分层级数、每层颗粒粒径区分区间及凝胶质尺寸参数；

2)将每层环形透明玻璃罩5与对应层所需的塑料卡环4、凝胶质块6、颗粒过滤网7进行组装，形成单层颗粒收集器；

3)将组装好的颗粒收集器通过环形固定夹按3照颗粒过滤网7孔径由大到小从左至右的顺序连接，组装成为一个环形分层收集器；

4)将喇叭形透明玻璃罩2涂上凝胶质1，通过环形固定夹3与环形分层收集器连接形成颗粒收集装置主体；

5)将收集装置主体与装置固定块8、高度调节杆9、运动滑块10、水平固定杆11进行连接，并组装到支撑底座12上；

6)检查并调节整个装置安装的稳固性；

7)试验中通过将颗粒分层收集装置放置于距离固体火箭发动机喷管适当位置处，进行点火实验，少量颗粒粘附在喇叭口凝胶质上，大部分颗粒通过喇叭口，依次穿过第1级塑料卡环4、凝胶质块6、颗粒过滤网7，第2级塑料卡环4、凝胶质块6、颗粒过滤网7……；

8)试验后需记录每层颗粒附着点的位置分布信息，并分别取出每层环形分层收集器中的凝胶质块6和颗粒过滤网7，通过加热凝胶质块6及清洗颗粒过滤网7对颗粒进行收集并用烘干机进行烘干；

9)对每层收集到的颗粒进行分类收集并进行颗粒信息标注。

以上所述的描述对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步解释说明，所应理解的是，以上所述并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。