一种具有可视观测与热声同步测量功能的燃烧室地面点火试验系统

本发明涉及固体火箭发动机及相关燃烧装置地面试验，具体涉及一种具有可视观测、温度测量、压强测量和高频数据采集功能的燃烧室地面点火试验系统。

背景技术：

1、在固体火箭发动机及相关燃烧装置的研发与考核过程中，地面点火试验是验证发动机结构强度、燃烧工作过程及测试设备可靠性的关键手段。由于燃烧室内部通常处于高温、高压和高速燃气冲刷环境，试验过程具有一定危险性，因此试验系统不仅需要具备可靠的支撑、固定和防爆防护能力，还需要在保证安全的前提下获取尽可能完整的燃烧过程信息。

2、传统地面点火试验装置多以压强、推力或温度等单一参数测量为主，缺少对燃烧室内部火焰形貌和燃烧发展过程的直接观测手段。对于带有可视化需求的燃烧室试验，观察窗口需要同时满足耐高温、耐压、密封和透光要求；若视窗结构设计不合理，容易造成玻璃损伤、密封失效或试验安全风险。

3、此外，燃烧室温度通常较高，温度传感器和压力传感器在安装密封、耐热防护、动态响应和抗冲刷能力方面均存在较高要求。若传感器安装结构不合理，可能出现传感器烧蚀、窜火、测量中断或信号失真等问题。与此同时，高频温度和压强信号的数据量较大，对数据采集设备、信号调理设备和实时显示软件提出了较高要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有可视观测与热声同步测量功能的燃烧室地面点火试验系统，解决现有燃烧室地面试验装置在高温、高压和涉危试验条件下可视观测困难、传感器安装密封可靠性不足以及多源测试信息同步获取能力有限的问题。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种具有可视观测与热声同步测量功能的燃烧室地面点火试验系统，包括卧式试验台、测试发动机、光学可视窗组件、燃烧光辐射测量装置、传感测量组件以及高频数据采集与控制系统；测试发动机安装在卧式试验台上，光学可视窗组件安装在测试发动机的侧壁上，燃烧光辐射测量装置设置在正对光学可视窗组件的位置，进而通过燃烧光辐射测量装置对测试发动机的燃烧室火药的燃烧情况进行观测，传感测量组件安装在测试发动机的另一侧壁上，用于对测试发动机的燃烧室的温度和压强进行测量；高频数据采集与控制系统连接燃烧光辐射测量装置和传感测量组件，用于接受燃烧光辐射测量装置和传感测量组件采集到的数据并控制分析。

3、本发明与现有技术相比，其显著优点是：

4、（1）本发明采用卧式试验台与分段式测试发动机相结合的结构形式，能够在地面点火试验中实现测试发动机的稳定支撑、可靠固定和便捷拆装，适用于高温、高压及涉危条件下的燃烧室地面点火试验。

5、（2）本发明在测试发动机侧壁设置观察视窗，并通过石英玻璃与玻璃盖板组成光学可视窗组件，在保证燃烧室密封可靠性和安全防护能力的同时，为燃烧过程光学测量提供耐高温透光观测通道。

6、（3）本发明设置燃烧光辐射测量装置，并使其通过光学可视窗组件采集推进剂燃烧过程中的特征光辐射强度信号，可用于表征燃烧热释放率变化，提高了燃烧过程测量的可观测性和信息完整性。

7、（4）本发明在测试发动机壁面测量位置设置至少一组传感测量组件，可同时安装快速响应热电偶和压力传感器，实现温度信号与压强信号的同步获取，提高了地面点火试验数据的完整性。

8、（5）本发明配套高频数据采集设备、信号放大设备和高频采集软件，能够满足温度信号、压强信号及燃烧光辐射信号的高频采集、实时显示和保存需求，便于试验过程监测和试验数据留存。

1.一种具有可视观测与热声同步测量功能的燃烧室地面点火试验系统，其特征在于，包括卧式试验台、测试发动机、光学可视窗组件、燃烧光辐射测量装置、传感测量组件以及高频数据采集与控制系统；测试发动机安装在卧式试验台上，光学可视窗组件安装在测试发动机的侧壁上，燃烧光辐射测量装置设置在正对光学可视窗组件的位置，进而通过燃烧光辐射测量装置对测试发动机的燃烧室火药的燃烧情况进行观测，传感测量组件安装在测试发动机的另一侧壁上，用于对测试发动机的燃烧室的温度和压强进行测量；高频数据采集与控制系统连接燃烧光辐射测量装置和传感测量组件，用于接受燃烧光辐射测量装置和传感测量组件采集到的数据并控制分析。

2.根据权利要求1所述的燃烧室地面点火试验系统，其特征在于：测试发动机沿轴向依次包括前燃烧室、后燃烧室及尾喷管组件；前燃烧室用于容纳推进剂，前燃烧室的一侧壁面上设置有至少一组观察视窗，用于安装光学可视窗组件，并为燃烧光辐射测量装置提供光学观测通道；前燃烧室的另一侧壁面上设置有至少一组传感器安装孔，用于安装传感测量组件；后燃烧室设置在前燃烧室和尾喷管组件之间，用于延长燃气流动通道并形成后续燃烧及流动空间；尾喷管组件用于形成燃气排出通道。

3.根据权利要求1所述的燃烧室地面点火试验系统，其特征在于：测试发动机的内部设有绝热层，绝热层厚度为10mm～20mm，用于降低高温燃气对测试发动机外部结构的热影响。

4.根据权利要求2所述的燃烧室地面点火试验系统，其特征在于：光学可视窗组件ⅲ包括石英玻璃和设置于石英玻璃外侧的玻璃盖板；石英玻璃嵌装于观察视窗安装槽内，用于形成耐高温透光观测通道；玻璃盖板通过螺栓压紧固定于观察视窗外侧，并与石英玻璃之间设置耐高温密封结构，用于对石英玻璃进行压紧、限位和外部防护。

5.根据权利要求1所述的燃烧室地面点火试验系统，其特征在于：燃烧光辐射测量装置ⅳ包括光学采集单元、滤波片组件；滤波片组件设置于光学采集单元的入射光路上，用于选取推进剂燃烧过程中与热释放相关的特征辐射波段；光学采集单元用于采集经滤波片组件筛选后的燃烧光辐射强度信号，从而获得表征推进剂燃烧热释放率变化的光学测量信号。

6.根据权利要求1所述的燃烧室地面点火试验系统，其特征在于：传感测量组件ⅴ包括热电偶和压力传感器，在同一燃烧室区域内获取温度信号和压强信号，并与高频数据采集与控制系统ⅵ进行统一连接。

7.根据权利要求6所述的燃烧室地面点火试验系统，其特征在于：热电偶采用钨铼系热电偶丝，适用于2000℃以上高温燃气环境，响应时间不大于20ms，适应高温燃烧环境下的温度测量需求。