××发动机点火器研制总结

本文对长喷管端面燃烧固体发动机盒式点火器的结构及点火药量的确定作了简要介绍,并提出了解决发动机在低温下出现点火压力“波谷”问题的途径和盒式点火器今后改进方向。     

CO2激光点燃点火药的试验研究

用CO_2激光点火试验设备,对Al KClO_4点火药进行点燃性能试验.试验结果表明,随着点火热流密度的增大,点火延迟时间减小.说明点火热流密度是点火药点燃性能中非常重要的控制量.点火药密度越小点火延迟时间也越小.在点火药主组分中加入少量固态硫作为粘合剂,会使点火药的点燃性能更好.     

直流滑动弧等离子体点火器特性的实验研究

为了探究直流滑动弧放电应用于航空发动机燃烧室内点火的性能特点,设计了直流滑动弧等离子体点火器,在模型燃烧室内进行了煤油/空气混合气的点火实验,利用高速相机记录了滑动弧等离子体点火器的电弧产生和滑动过程以及燃烧室内煤油/空气混合气的点火和火焰发展过程,研究了不同空气工作介质流量、驱动电源输出电流、点火器电极夹角和点火器安装位置等因素对滑动弧等离子体点火器点火特性的影响。结果表明:滑动弧在运动过程中会产生不规则的跳动,并且存在着电弧分流的现象,导致电弧长度发生变化;在湍流的作用下,初始火核会演变为分裂的、大面积的湍流火焰,着火面积不断增大,最终在t=21ms时形成稳定燃烧;随着空气工作介质流量增大、驱动电源输出电流减小以及点火器的安装位置远离燃油雾化喷嘴,滑动弧等离子体点火器的电弧长度减小,点火延迟时间逐渐增长,例如余气系数α=8时,I=30A下电弧长度为47.1mm,相比I=20A增长了75.1%,点火延迟时间为21ms,相比I=20A缩短了40%;而随着点火器电极夹角的增大,电弧长度先增大后减小,点火延迟时间则先减小后增长,在电极夹角θ=45°时,电弧长度最长,点火延迟时间最短,分别为30.5mm和12ms。     

高金属含量水冲压发动机点火过程多相耦合计算

为准确模拟高金属含量水冲压发动机点火过程的流场特征及燃面温度变化,基于N-S方程,将高金属含量燃料和点火药向气相流场的质量、动量和能量输运转化为对应守恒量控制方程在近燃面第一层网格和点火药包覆盖区域网格的源项,将脱离燃面的熔融镁近似为燃烧室入口释放的镁液滴,实现了含镁质量百分数为73%的水冲压发动机燃料燃烧/点火药燃烧/发动机内流场的多相湍流燃烧的耦合计算,并对比分析了黑火药和硼/硝酸钾点火药对燃料燃烧影响。结果表明:40g黑火药点火和0.5kg/s的进水量下,燃料平衡燃面温度约为943K,可实现可靠点火与稳态燃烧。相同质量的硼/硝酸钾点火药与黑火药相比,可实现较高的平衡燃烧温度,但需较长的平衡建立时间。     

高能点火药中固体微粒对复合推进剂点火性能的影响

利用高速实时激光全息摄影分析了点火药(Mg/(C_2F_4)n)的燃烧过程,提出了该点火药的燃烧产物对复合推进剂的传热模型,建立了热粒子点燃复合推进剂的综合点火模型.通过计算分析和实验研究,得到推进剂的点火延滞时间随着点火药中Mg粉粒度的增加而增长.同时预示了复合推进剂的点火性能与点火药性能、推进剂性能及环境条件等之间的依赖规律.     

催化点火器高空点火性能的实验研究

介绍国产催化点火器高空点火性能模拟试验,主气流温度为５００℃左右、加力室压力为０．０４—０．１２ＭＰａ,对催化点火器的着火延迟时间和贫富油点火极限进行了测量。试验结果表明：当飞行高度为１７０００—１７５００ｍ,飞行马赫数Ｍａ＝１．０时,催化点火器可以正常点燃某型发动机加力燃烧室。     

阳极通道长度对等离子体射流点火器特性影响的实验研究

为进一步优化等离子体射流点火器的结构,提高点火器的工作性能,在自主设计的等离子体点火实验系统的基础上,开展了阳极通道长度对等离子体射流点火器特性影响的实验研究,选取的阳极通道长度为3mm,5mm和7mm。获得了等离子体射流点火器的放电特性、光谱特性、射流特性和点火特性。结果表明:增大阳极通道长度能够抑制电弧分流的幅度,减小电极的烧蚀面积,但提高了击穿电压,使引弧更加困难;随着阳极通道长度的增大,氮分子离子的转动温度和振动温度分别呈现出先升高后降低和先降低后升高的变化趋势;煤油/空气混合气的点火延迟时间随阳极通道长度的增加,呈现出先减小后增大的变化趋势,余气系数为1.43时,阳极通道长度5mm时的点火延迟时间为14.4ms,相对于阳极通道长度3mm,7mm下的点火延迟时间分别减小了21.1%,12.1%。     

固体火箭发动机点火药颗粒点火过程流固耦合特性研究

为了研究点火药颗粒点火瞬态过程中流动与燃烧特性及点火喷流冲击对自由装填药柱结构的影响,以N-S方程、k-ε湍流模型为基础,采用颗粒轨道模型建立点火药颗粒点火模型,结合流固耦合方法分析点火喷流冲击对自由装填药柱结构的影响.通过与相关试验结果对比证明计算模型可靠,然后对固体火箭发动机点火药颗粒点火过程进行仿真计算,计算结果...     

点火延迟时间测量系统的研制

自行研制的催化点火器点火延迟时间测量系统使用微机技术、实时在线测量,测试精度高、系统稳定可靠,并完成了多批次国产催化点火器的鉴定工作。稍加改装,还可用于各类点火系统的点火延迟时间测量。      

一种气氧/气甲烷火炬式电点火器方案研究

针对液氧/甲烷发动机多次启动时推力室点火,对一种气氧/气甲烷火炬式电点火器开展了研究,进行了方案设计,确定了点火室压力、点火器混合比以及冷却方式,开展了多次点火试验,验证了气氧/气甲烷的点火混合比范围,获得了点火特性,并同时验证了多次点火能力及点火重复性,证明方案基本可行。在试验件分解后发现火花塞端面和引火管存在局部高温过热区域,对点火器点火过程以及燃烧传热过程开展仿真,确定了高温烧蚀出现的机理,并明确了结构改进优化的方向。     

小型固体推进剂火箭发动机某些点火问题的实验研究

用φ50mm标准试验发动机对双基和复合推进剂的发动机点火问题进行以下一系列研究工作:(1)在双基推进剂发动机的初始工作时,喷管堵盖的厚度将如何影响点火压力和点火延迟时间。试验结果表明:堵盖的爆破时间应该是在燃烧室最大压力的75％～100％处,那就是说,较厚的堵盖将得到较好的试验发动机性能。(2)在双基推进剂发动机中,堵盖厚度一定,燃烧室压力为25～115atm,试验结果表明:如果点火压力小于75atm,则某些通用的公式可用来计算点火药量。如利用Barrere和Lancaster公式来计算点火药量时,上面所讲的二个结果是有效的。(3)用一种高能金属氧化剂作点火材料的装药量和复合推进剂发动机的自由容积之间关系,对于不同的Ku,可作成曲线。例如用硼硝酸钾(B/KNO_3)作为点火药,聚酯推进剂作为发动机装药,则在对数坐标上所得曲线是线性的,这样,在点火器设计中易于确定所需烟火剂装药量。     

某型火药点火器意外发火原因分析及排查

针对某型俄制敏感型火药点火器意外发火的情况,对可能造成意外发火的原因进行了详细分析及排查,提出了改进措施及建议。     

微型固体火箭发动机用短点火延迟点火器研究

短的点火延迟期对某些微型固体火箭发动机尤为重要。文中引用固相点火理论，在诸多向推进剂表面供热的方式中，着重分析了起重要作用的对流换热，认为提高点火燃气的流速能明显地提高点火燃气对推进剂表面的热交换率，使推进剂表面很快达到发火温度，在微型固体火箭发动机的短点火延迟点火器设计中应用了这一理论，并获得了理想的效果。     

碳氢燃料超燃冲压发动机点火技术试验

在超燃冲压发动机直联式试验中,对液体碳氢燃料超声速燃烧的点火技术进行了研究,比较了多种点火方式包括氢气引导火焰点火、火炬点火器、固体装药点火器以及电火花塞的点火效果,并成功实现了氢气引导火焰与火炬点火方式下煤油的可靠着火和持续稳定燃烧,煤油当量比范围约为0 87～1 72。在氢气引导火焰点火方式中,通过增加支板和改变氢气喷注位置,可将最小氢气当量比由0 34降为0 068。通过氢气引导火焰点火和火炬点火对比试验表明在相同的燃料喷注方式和当量比下,发动机工况基本与点火方式无关。     

高能点火药点燃性能的研究

以 Co₂ 激光为能源对 Al+KClO₄ 高能点火药的点火特性进行了研究。结果表明:Al和KClO₄ 的质量比各为 50 %时,点火延迟时间最小。点火药中掺入少量硫粉能大大减少点火延迟时间。点火延迟时间随点火药的初温的升高而减小。点火延迟时间随点火热流密度的增大而减小。存在一个最小点火热流密度,小于此值点火药将不能被点着。在实验观察和理论分析的基础上,提出一个Al+KClO₄ 高能点火药的点火模型,并对由此模型而导出的控制方程进行了数值求解,计算结果与实验值相符。      

氧浓度对锆粉点火燃烧特性的影响研究

为探究氧浓度对锆粉点火燃烧特性的影响规律,利用激光点火、高速摄影仪、双色红外测温仪和光纤光谱仪等手段对锆粉的燃烧过程进行研究,获得了锆粉燃烧过程中的点火延迟时间、燃烧时间、燃烧强度和燃烧温度等参数。随后又利用XRD手段分析了燃烧产物的物相特征。通过实验发现:根据火焰形态可以将锆粉燃烧过程分为起燃、剧烈燃烧、平稳燃烧和火焰熄灭等四个阶段。氧浓度对锆粉的点火燃烧性能具有重要影响。C1～C4四种工况下锆粉的点火延迟时间分别为15ms,17.5ms,22.5ms和25ms;燃烧温度分别为1542℃,1520℃,1425℃和1405℃。因此增大氧浓度有利于缩短点火延迟时间和燃烧时间,提高燃烧温度和燃烧强度,改善锆粉的点火燃烧性能。氧浓度增大,火焰尺寸,火焰亮度和剧烈程度呈增大趋势。同时还发现锆粉在四种不同氧浓度下的反应产物主要为ZrO_2,未产生ZrN和ZrC等。     

同轴氢氧谐振点火器试验研究

在环形喷嘴气动谐振加热的试验研究基础上,对同轴氢氧谐振点火器进行了点火性能试验和反压试验研究,结果表明:点火器能为液体火箭发动机可靠点火提供强大热流;能重复多次点火,寿命长;点火器抗系统干扰能力强,点火器出口反压快速增长时,点火器不会熄火,仍能持续提供稳定的氢氧火炬。非电钝感的同轴氢氧谐振点火器可作为正在研究发展中的可重复使用液体火箭发动机多次点火的优选方案之一。     

空气等离子体射流点火器特性实验研究

为了研究等离子体射流点火提升燃烧室内可燃混合气点火性能的机理,利用建立的实验测量系统,实验研究空气等离子体射流点火器的放电特性和射流特性,并与电火花点火器对比研究在航空煤油/空气混合气中的点火过程。实验结果表明,该空气等离子体射流点火器的击穿电压为9.2k V;相同电压下,电弧电流随工作介质流量的增大而减小,随点火驱动电源输出电流的增大而增大;点火器的伏安特性为下降型;等离子体点火射流长度随点火驱动电源输出电流的增大而增长,随工作介质流量的增大,先增长后缩短;来流速度对等离子体点火射流产生较大影响;等离子体射流点火延迟时间小于电火花点火。     

新型空气/酒精火炬点火器设计及试验

为满足燃烧装置对点火系统低时序控制精度和运行参数宽范围可调的需求，设计了一种能够在宽油气比范围内工作，且对燃料和氧化剂注入时序要求较低的空气/酒精火炬点火器。该火炬点火器利用气泡雾化喷嘴组织燃料雾化，采用电嘴进行点火，开展了不同气液质量比和当量比下火炬点火器的热态调试，并将其作为点火装置应用于燃烧加热器开展点火试验。结果表明：火炬点火器在空气注入稳定后即可注入燃料点火起动，对燃料和氧化剂注入时序要求较低；在气液质量比5.73%~19.56%和当量比0.51~2.48内，火炬点火器均能实现快速点火和稳定燃烧，具备点火参数在较宽范围内调节的能力；将火炬点火器应用于燃烧加热器，可迅速点燃主气流，在燃烧加热装置上有良好应用前景。     

高混合比火炬式电点火器试验研究

介绍了低温高混合比火炬式电点火技术的初步研究进展,包括有关的设计参数和试验情况。该点火器用电火花塞作为激励能源,氢氧推进剂通过一个位于头部的同轴式喷嘴进入点火室,大部分液氢用作冷却剂通过排放冷却方式冷却点火室。累计５次共５０ｓ的热试车表明,高混合比火炬式电点火器能实现可靠的低温点火,并具有较广的工况和混合比变化范围。