一种基于双膜结构的快速泄压激光点火燃烧装置及方法

本发明涉及固体火箭发动机测试，具体为一种基于双膜结构的快速泄压激光点火燃烧装置及方法。

背景技术：

1、固体发动机有着结构简单，启动快速，高可靠性，容易维护等优势。然而在传统固体火箭发动机在工作过程中，由于推进剂燃料只能在燃烧室中按照预设的规律燃烧释放能量，其推力输出特性无法按照实时能量输出需求进行调控。

2、理论上在推进剂正常燃烧过程中，进行快速泄压，使燃烧链式反应的临时冻结，可减缓燃烧速率，若泄压效率足够大，可以实现火焰的熄灭。因此快速泄压是可以实现固体发动机点熄火可控的理论手段之一。

3、目前，相关主要研究内容围绕泄压工况燃速测量或者熄火临界泄压效率展开。在关于泄压功能实现方面，现有实验装置中均使用单层耐压膜密封，通过增大燃烧室压力达到膜片的耐压极限，冲破耐压膜泄压。

4、这种泄压过程无法保证初始压力，将导致泄压瞬间初始压力取决于于该次实验使用膜片的耐压极限，但是每张膜片的承压极限无法做到完全相同，这将导致实验装置的可靠性差，降低实验结果的重复性。因此，需要一种泄压前燃烧室压力可控的快速泄压结构。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的泄压结构无法保证初始压力，导致实验装置的可靠性差的问题，本发明提供一种基于双膜结构的快速泄压激光点火燃烧装置及方法。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种基于双膜结构的快速泄压激光点火燃烧装置，包括燃烧室和进气系统；

4、所述燃烧室的输出端依次连接有高压膜片、夹膜段、低压薄膜、喷管段和泄压罐；所述高压膜片和低压薄膜的承压能力均为p：1/2p0<p<p0，其中，所述p0为实验工况设计的压力；

5、所述进气系统的输出分两路，其中一路连接夹膜段，另一路连接燃烧室。

6、进一步地，还包括信息收集系统，所述信息收集系统与燃烧室连接，用于采集燃烧室的压力信息。

7、优选地，所述信息收集系统包括高速相机、控制机构和与燃烧室连接的压力变送器；所述高速相机的摄像端正对燃烧室窗口；所述压力变送器连接有数据采集机构，所述数据采集机构和高速相机均电连接或通讯连接控制机构。

8、进一步地，进气系统包括气路共轨，所述气路共轨的进气端分别连接有氦气气源、氧气气源和氮气气源；所述气路共轨的输出分两路，其中一路连接夹膜段，另一路连接燃烧室。

9、进一步地，所述气路共轨的进气端与氦气气源之间设置有第一控制阀，所述气路共轨的进气端与氧气气源之间设置有第二控制阀，所述气路共轨的进气端与氮气气源之间设置有第三控制阀，所述气路共轨输出端与夹膜段之间设置有第四控制阀；所述气路共轨输出端与燃烧室之间设置有第五控制阀；所述第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀和第五控制阀连接有控制机构。

10、优选地，所述气路共轨上设置有第一压力表，所述气路共轨与第一压力表之间设置有第七控制阀。

11、优选地，还包括激光器，所述激光器能够发出点火激光至燃烧室内。

12、进一步地，所述激光器发出点火激光经反射镜反射至燃烧室内。

13、优选地，所述燃烧室上连接有第二压力表，所述燃烧室与第二压力表之间设置有第六控制阀。

14、如上所述基于双膜结构的快速泄压激光点火燃烧装置的使用方法，包括：

15、分别向夹膜段和燃烧室充入p0/2压力的气体，停止对夹膜段加压；

16、对夹膜段加压停止后，继续向燃烧室内加压，直至燃烧室内部压力为p0；

17、将燃烧室内的物质点燃；

18、燃烧室内的物质点燃后，将夹膜段泄压，使夹膜段与燃烧室的压差变为p0；

19、利用夹膜段与燃烧室之间的压差使高压膜片破裂，产生激波的同时冲破低压膜片，并将燃烧室内的高压气体通过喷管段排出到泄压罐，完成基于双膜结构的快速泄压激光点火燃烧过程。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、本发明一种基于双膜结构的快速泄压激光点火燃烧装置，包括燃烧室和进气系统；所述燃烧室的输出端依次连接有高压膜片、夹膜段、低压薄膜、喷管段和泄压罐；所述高压膜片和低压薄膜的承压能力p为：1/2p0<p<p0，其中，所述p0为实验工况设计的压力；通过将所述进气系统的输出分两路，其中一路连接夹膜段，另一路连接燃烧室。使用时，通过夹膜段、高压膜片和低压膜片之间的配合设置，可分别向夹膜段和燃烧室充入p0/2压力的气体，停止对夹膜段加压；然后，对夹膜段加压停止后，继续向燃烧室内加压，直至燃烧室9内部压力为p0；将夹膜段泄压，使夹膜段与燃烧室的压差变为p0；夹膜段与燃烧室之间的压差使高压膜片破裂，并将燃烧室内的高压气体通过喷管段排出到泄压罐。该结构简单，且操作方便，可使泄压前的燃烧室保证实验工况设计的压力稳定在实验工况设计的压力，从而保证实验装置的可靠性和可重复性，测试结果更可靠。

22、还包括信息收集系统，所述信息收集系统与燃烧室连接，用于采集燃烧室的压力信息。信息收集系统的设置，可实时对燃烧室内的压力信息进行监测，和收集，进一步保证实验结果的可靠性。

23、压力变送器的设置，可实现对燃烧室内压力的事实监测，并将数据传输给数据采集机构和控制机构。

24、进气系统包括气路共轨，所述气路共轨的进气端分别连接有氦气气源、氧气气源和氮气气源；所述气路共轨的输出分两路，其中一路连接夹膜段，另一路连接燃烧室，可实现对燃烧室提供不同成分的高压环境

25、第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀和第五控制阀的设置可实现对各个成分的压力调节。

26、所述气路共轨上设置有第一压力表，便于检测气路共轨的压力，所述气路共轨与第一压力表之间设置有第六控制阀，便于对第一压力表进行更换。

27、激光器，所述激光器能够发出点火激光至燃烧室内，本发明采用激光远程点火的方式，相比于现有技术中采用热气流和热电偶等点火方式，可防止远燃面产物的分布破坏，避免由于破坏远燃面处的燃烧产物分布，干扰实验结果。

28、所述激光器发出点火激光经反射镜反射至燃烧室内，可使激光垂直如设置至燃烧室，可进一步减小对实验结果的干扰，保证实验结果的可靠性。

29、所述燃烧室上连接有第二压力表，可检测燃烧室内部压力，所述燃烧室与第一压力表之间设置有第七控制阀，便于对第一压力表更换。

30、本发明还提供如上述的基于双膜结构的快速泄压激光点火燃烧的方法，该方法通过分别向夹膜段和燃烧室充入p0/2压力的气体，停止对夹膜段加压；然后对夹膜段加压停止后，继续向燃烧室内加压，直至燃烧室9内部压力为p0，并将燃烧室内的物质点燃；最后，燃烧室内的物质点燃后，将夹膜段泄压，使夹膜段与燃烧室的压差变为p0；利用夹膜段与燃烧室之间的压差使高压膜片破裂，并将燃烧室内的高压气体通过喷管段排出到泄压罐，完成基于双膜结构的快速泄压激光点火燃烧过程。方法简单，操作方便，可保证燃烧室内的点火压力稳定在实验工况设计的压力，不会因膜片承压极限的不同，而无法保证实验工况设计的压力的一致性，实验结果更可靠，可重复进行验证。