適用於發動機吞入火藥氣體試驗的燃氣發生器和試驗裝置的製作方法

2023-12-09 05:09:16

本發明涉及發動機測試裝置領域，特別涉及一種適用於發動機吞入火藥氣體試驗的燃氣發生器。

背景技術：

在作戰中，由飛機自身發射飛彈、火箭彈等武器而產生的高溫尾氣，極易被飛機發動機吸入，使發動機進氣溫度大幅度突升，導致發動機進氣畸變、性能惡化，引起功率損失，降低發動機穩定工作包線，甚至會造成發動機失速、喘振、熄火、空中停車，不僅貽誤戰機，可能還會造成飛機失事。因此，在發動機或飛機定型時，須進行發動機吞入火藥氣體試驗。

發動機吞入火藥氣體試驗，又稱為吸入飛機武器排氣試驗，其原理是：在地面試驗臺，發動機吸入由一種模擬火箭彈、飛彈等武器的專項試驗裝置排放的高溫煙氣，來模擬飛機吸入自身發射飛彈、火箭彈等武器而產生的高溫尾氣，以確定發動機可以接受的吸入武器排氣工作極限以及吞入火藥氣體對發動機性能的影響，並檢驗控制系統的工作狀況。但目前的試驗裝置無法對模擬產生的高溫尾氣進行流量控制，在測試時具有一定的危險性。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對現有技術中存在的不足，提供一種流量全範圍可調，溫度、壓力可控，便於操作，易於控制，工作安全可靠的燃氣發生器裝置。

本發明的目的可以通過以下技術方案實現：

一方面，本發明提供一種適用於發動機吞入火藥氣體試驗的燃氣發生器，包括：

點火裝置，設置在所述燃氣發生器的一端；

燃燒室，所述燃氣室其內安裝有多根藥柱，所述多根藥柱與所述點火裝置接觸；

集氣室，設置於所述燃燒室的外部並包覆所述燃燒室；以及

噴管，設置在所述燃氣發生器的另一端，並與所述集氣室連通。

在本發明的燃氣發生器的一個實施方式中，所述點火裝置包括：點火導線、電連接器、藥盒、點火藥、賽璐璐片和連接螺栓組件。

在本發明的燃氣發生器的另一個實施方式中，所述點火導線和所述藥盒通過所述電連接器連通，所述點火藥和所述賽璐璐片位於所述藥盒內，所述連接螺栓組件位於所述藥盒的周緣。

在本發明的燃氣發生器的另一個實施方式中，所述多根藥柱的排列方式為內實排列。

在本發明的燃氣發生器的另一個實施方式中，所述燃燒室內設有一擋藥板，以固定所述多根藥柱。

在本發明的燃氣發生器的另一個實施方式中，所述燃燒室與所述點火裝置相對的一端具有多個第一開孔。

在本發明的燃氣發生器的另一個實施方式中，還包括消煙室，所述消煙室設置在所述燃燒室與所述集氣室之間，並包覆所述燃燒室。

在本發明的燃氣發生器的另一個實施方式中，所述消煙室的一端具有多個第二開孔，另一端具有多個第三開孔。

另一方面，本發明還提供一種適用於發動機吞入火藥氣體試驗的試驗裝置，包括前述燃氣發生器、排氣管和多個v型球閥，所述排氣管具有一入口與多個出口，所述入口與所述噴管相連，所述v型球閥設置於所述多個出口之上以分別控制所述多個出口的排氣量。

在本發明的試驗裝置的一個實施方式中，試驗裝置還包括一控制系統，以控制所述點火系統的開啟和所述多個v型球閥的開度。

本發明的燃氣發生器裝置依據固體火箭發動機的設計原理，增加集氣室，改進排氣系統，並在排氣口增設v型球閥，可控性強，工作安全、穩定，可精確模擬火箭彈、飛彈等武器尾噴管噴出高溫氣體的環境，能滿足在飛機和發動機定型時，要進行的發動機吞入火藥氣體試驗或吸入武器排氣試驗，填補國內在該特種試驗領域的空缺。

附圖說明

圖1為本發明一個實施方式的試驗裝置的結構示意圖；

圖2為圖1所示的試驗裝置中燃氣發生器的結構示意圖；

圖3為圖2所示的燃氣發生器中點火裝置的結構示意圖；

圖4為圖2所示的燃氣發生器中藥柱的結構示意圖；

圖5為圖2所示的燃氣發生器中藥柱排列及擋藥板的結構示意圖及其a-a截面圖；

圖6為圖2所示的燃氣發生器中燃燒室的結構示意圖；

圖7為圖2所示的燃氣發生器中消煙室的結構示意圖。

其中，附圖標記說明如下：

1：v型球閥

2：燃氣發生器

3：v型球閥

4：控制系統

21：點火裝置

22：燃氣發生器底板

23：藥柱

24：擋藥板

25：隔熱層

26：燃燒室

27：消煙室

28：集氣室

29：噴管

211：點火導線

212：電連接器

213：藥盒

214：賽璐璐片

215：點火藥

216：連接螺栓組件

具體實施方式

下面根據具體實施例對本發明的技術方案做進一步說明。本發明的保護範圍不限於以下實施例，列舉這些實例僅出於示例性目的而不以任何方式限制本發明。

本發明的試驗裝置是根據發動機吞入火藥氣體試驗技術要求，通過查閱資料、方案論證、數值計算、試驗驗證等多個方向的努力，最終設計出的滿足試驗要求的試驗專用裝置。

圖1為本發明一個實施方式的試驗裝置的結構示意圖，如圖1所示，適用於發動機吞入火藥氣體試驗的試驗裝置包括燃氣發生器2、排氣管、v型球閥1、v型球閥3和控制系統4。

圖2為圖1所示的試驗裝置中燃氣發生器的結構示意圖，如圖2所示，燃氣發生器2包括點火裝置21、燃氣發生器底板22、燃燒室26、消煙室27、集氣室28和噴管29。

點火裝置21設置在燃氣發生器2的一端，並固定於燃氣發生器底板22上。圖3為圖2所示的燃氣發生器中點火裝置的結構示意圖，如圖3所示，點火裝置21包括點火導線211、電連接器212、藥盒213、賽璐璐片214、點火藥215和連接螺栓組件216，點火導線211和藥盒213通過電連接器212連通，點火藥215和賽璐璐片214位於藥盒213內，連接螺栓組件216位於藥盒213的周緣。電連接器212用於將點火導線211導入藥盒213，點火導線211一端連接控制電纜，另一端埋入藥盒213中的點火藥215中，賽璐璐片(易燃)214包覆在點火藥215的表面，起助燃作用。起點火原理是：通過控制系統4發出點火指令，點火導線211接受到信號後進行點火，點火藥215和賽璐璐片214迅速被點燃，著火的賽璐璐片214覆蓋整個點火藥215，使點火藥215迅速全面燃燒，在最短的時間內產生大量高溫高壓燃氣進入燃燒室26，迅速引燃藥柱23，完成燃氣發生器2點火。點火裝置21的結構與原理同固體火箭發動機的點火系統相同。

燃燒室26為燃氣發生器2的核心腔室，其通常為圓筒狀，也固定在燃氣發生器底板22上。燃燒室26內安裝有多根藥柱23，點火裝置21與燃燒室26相通，多根藥柱23與點火裝置21接觸。

本發明的試驗裝置中所用的藥柱23為管型裝藥，由結構如圖4所示。燃燒室26內的藥柱組合由n根、外徑d、內徑d0的藥柱組成，排列方式為內實排列，藥柱分為三層，中間分隔開來，燃燒方式為內外燃，其中參數n、d、d0的計算方法參考《固體火箭發動機設計》(王元有等著)。

如圖6所示，為使反應產生的高溫高壓燃氣穩定、安全可靠的流出，在燃燒室26的尾部(與點火裝置21相對的一端)開設n1個直徑為d1mm均勻分布的第一開孔，使得燃氣從中順利流出。第一開孔可開設在燃燒室26的側壁上，也可開設在燃燒室26的端壁上。

燃燒室26殼體的設計原則與固體火箭發動機的相同，將燃燒室26殼體厚度設計為tmm，因燃面燃燒的要求，需在最外層藥柱23與燃燒室26的壁面留出l1mm的距離。

為固定藥柱23，可在燃燒室26的中部設置一擋藥板24，如圖5所示，擋藥板24也具有多個開孔並與多根藥柱23相對應，用來支撐、固定藥柱，避免藥柱直接接觸產生磨損。

消煙室27設置在燃燒室26與集氣室28之間，並基本上包覆燃燒室26，也固定在燃氣發生器底板22上。消煙室27的主要功能是用來消除雙基推進劑燃燒產生的氣體的煙。

如圖7所示，在消煙室27的前後兩端，同樣選擇各開n2個直徑為d2mm均勻分布的第二開孔和第三開孔，便於經過消煙室27的燃氣排出。設計原則與燃燒室26的相同，其殼體厚度設計為tmm。

n、d、d0為藥柱參數，是根據燃燒截面、燃燒速度、燃燒時間、燃氣壓力等參數計算得出；n1、d1、t為燃燒室參數，與燃氣壓力、流量、流速等參數有關；n2、d2是消煙室參數，同樣與燃氣壓力、流量、流速等參數有關。以上參數計算複雜，具體方法和過程《固體火箭發動機設計》(王元有等著)中有詳細說明。

集氣室28設置於燃燒室26和消煙室27的外部並將其包覆，其主要功能是收集雙基推進劑燃燒產生的高溫氣體，其殼體即為燃氣發生器2的殼體，因此集氣室28也稱作燃氣發生器2的外腔。

噴管29設置在燃氣發生器2的另一端，並與集氣室28連通，以向外輸送高溫氣體。集氣室28除與噴管29連接的部位之外，基本為密封狀態。

排氣管位於燃氣發生器的出口處，具有一入口與多個出口，入口與噴管29相連並且尺寸同噴管29相匹配，v型球閥分別設置於多個出口之上以控制多個出口的排氣量，其主要功能是模擬飛彈、火箭彈等武器的排氣，並全範圍的控制排氣流量。

如圖1所示，排氣管具有兩個出口(出口1和出口2)，v型球閥1和v型球閥3各自控制一個出口，v型球閥1出口與發動機進口按中心同軸線及一定距離安放；v型球閥3出口遠離發動機進口通往他處，控制系統4分別與v型球閥1、燃氣發生器2、v型球閥3的控制線相連接。

可通過控制系統4調節v型球閥1和v型球閥3的開度，具體調節方式如下：

1)關閉v型球閥1，全開v型球閥3，此時出口1的流量為0，出口2的流量為設計的最大值qmax。

(2)保持v型球閥3的全開狀態不變，調節v型球閥1的開度，以每x％開度作為一個狀態，最後至v型球閥1全開。本過程中出口1的流量從0逐步升高為0.5qmax，出口2的流量則由qmax逐步變為0.5qmax。

(3)進一步調整閥的開度，此過程保持v型球閥1的全開狀態不變，v型球閥3的狀態則由全開逐漸變為全閉狀態。此過程出口1的流量從0.5qmax繼續升高至最大qmax；而出口2的流量則由0.5qmax逐漸減為0。

通過上面的調控，本發明的試驗裝置實現了流量從0到qmax的控制。

控制系統4由信號傳輸電纜，系統軟體及控制界面組成，主要控制點火裝置21的開啟，v型球閥1、3的開度。

在進行試驗時，控制系統4發送「點火」指令給燃氣發生器2，燃氣發生器2點火，開始燃燒，產生的燃氣，通過v型球閥1和v型球閥3排出；同時根據試驗要求控制系統4按已定程序調節v型球閥1和v型球閥的開度，對由燃氣發生器2產生的燃氣流量、溫度、壓力進行控制。

本發明的試驗裝置已經過數值模擬，並成功通過試驗驗證，可控性強，工作安全、穩定，試驗中無故障，且無不利影響，結果證明可行。

數值計算結果與試驗結果一致，具體如下：

1)v型球閥1和v型球閥3的開度不變時，其流量、溫度、速度、壓力分布基本穩定。

2)隨著v型球閥1開度的增加，v型球閥3的開度不變，出口1的質量流量近似線性增加，出口2的質量流量近似線性減少。

3)隨著v型球閥1開度的增加，v型球閥3的開度不變，出口1壓力增大，出口2壓力減小。這是因為出口1開度增加，收擴由劇烈變得平緩，膨脹比越來越小，那麼出口1的壓力也就逐漸增大；而對於出口2，因為質量流量的減小，所以壓強也逐漸降低。

4)隨著v型球閥1開度的增加，v型球閥3的開度不變，溫度升高，出口2溫度升高。這是由於膨脹比減小，出口速度降低的原因；出口2溫度升高的原因，同樣如此。

5)隨著出口1開度的增加，v型球閥3的開度不變，出口1速度降低，出口2速度逐漸降低。

6)本發明的試驗裝置在工作期間能夠提供壓力、質量流量、溫度和速度穩定的試驗用燃氣。

綜上所述，本發明的燃氣發生器裝置依據固體火箭發動機的設計原理，增加集氣室，改進排氣系統，並在排氣口增設v型球閥，可控性強，工作安全、穩定，可精確模擬火箭彈、飛彈等武器尾噴管噴出高溫氣體的環境，能滿足在飛機和發動機定型時，要進行的發動機吞入火藥氣體試驗或吸入武器排氣試驗，填補國內在該特種試驗領域的空缺。

本領域技術人員應當注意的是，本發明所描述的實施方式僅僅是示範性的，可在本發明的範圍內作出各種其他替換、改變和改進。因而，本發明不限於上述實施方式，而僅由權利要求限定。