富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置及试验方法与流程

技术特征：
1.一种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置，其特征在于：包括富甲烷燃气发生器（4）、富氧燃气发生器（11）和气气喷注单元试验组件（25）；所述富甲烷燃气发生器（4）包括依次连接的富甲烷燃烧室（26）、第一节流孔板（5）以及第一外接接口（6）；富甲烷燃烧室（26）的左端头上分别安装第一点火器（1）、第一甲烷气入口（2）以及第一氧气入口（3）；所述富氧燃气发生器（11）包括依次连接的富氧燃烧室（27）、第二节流孔板（10）以及第二外接接口（9）；所述富氧燃烧室（27）的右端头上分别安装第二点火器（13）、第二甲烷气入口（12）以及第二氧气入口（14）；所述气气喷注单元试验组件（25）包括头部（7）、固定法兰（17）、身部（21）以及喉道（22）；所述头部（7）包括主管道、设置在主管道侧部的燃料入口法兰（28）和氧化剂入口法兰（29）、设置在主管道上的燃料路喷前压力监测装置（15）和氧化剂路喷前压力监测装置（8）、设置在主管道燃气输出端的外接法兰（16），以及设置在主管道上并位于燃料入口法兰（28）与氧化剂入口法兰（29）之间位置的头部隔板（31）；其中燃料路喷前压力监测装置（15）和燃料入口法兰（28）位于头部隔板（31）的下侧，靠近主管道的燃气输出端，氧化剂路喷前压力监测装置（8）和氧化剂入口法兰（29）位于头部隔板（31）的上侧，远离主管道的燃气输出端；所述头部隔板（31）中间开设有与气气喷注单元试验件（32）上端外径相适配的通孔；所述头部（7）的外接法兰（16）上开设有与气气喷注单元试验件（32）的下端外径相适配的通孔；所述外接法兰（16）和固定法兰（17）之间螺栓连接；所述富甲烷燃气发生器（4）通过第一外接接口（6）与头部（7）的燃料入口法兰（28）连接；所述富氧燃气发生器（11）通过第二外接接口（9）与头部（7）的氧化剂入口法兰（29）连接；所述固定法兰（17）的下方依次设置身部（21）、喉道（22），固定法兰（17）中间开设有通孔；所述身部（21）内部通道为试验件燃烧室（30）；所述身部（21）侧壁上设置有第三点火器（18）、脉动压力监测装置（19）、温度监测装置（20）以及室压监测装置（23）；所述身部（21）、喉道（22）均采用冷却方案冷却。2.根据权利要求1所述富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置，其特征在于：所述脉动压力监测装置（19）、温度监测装置（20）以及室压监测装置（23）的数量为一个或多个。3.根据权利要求1或2所述富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置，其特征在于：所述冷却方案为铜热沉方案或夹层冷却方案。4.根据权利要求3所述富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置，其特征在于：所述身部（21）、喉道（22）通过长螺柱组（24）依次设置在固定法兰（17）的下方；所述长螺柱组（24）逐次穿过喉道（22）、身部（21），其端部与固定法兰（17）螺纹连接。5.一种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验方法，其特征在于，采用权利要求1
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4任一所述富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置，实现步骤如下：1）装配试验件头部根据结构模拟原则，将多个气气喷注单元试验件（32）分别与多个头部（7）的主管道、头部隔板（31）、外接法兰（16）、燃料入口法兰（28）、氧化剂入口法兰（29）装配在一起，形成多
个试验件头部；2）计算甲烷氧气流量根据温度和组分模拟原则，分析气气喷注单元试验件（32）试验所需富甲烷燃气和富氧燃气的流量、温度与组分，通过热力学计算分别得到富甲烷燃气发生器（4）和富氧燃气发生器（11）组织燃烧所需甲烷和氧气的流量；3）计算喉道（22）的喉部直径根据降压模拟原则，确定试验件燃烧室（30）的室压，计算出喉道（22）的喉部直径；4）选取并安装第一节流孔板（5）、第二节流孔板（10）结合步骤3）中确定的试验件燃烧室（30）的室压，确定富甲烷燃气发生器（4）和富氧燃气发生器（11）的室压预定值，并根据步骤2）中所得富甲烷燃气和富氧燃气的流量、温度参数，选取合适孔径的第一节流孔板（5）、第二节流孔板（10）并分别安装在富甲烷燃气发生器（4）和富氧燃气发生器（11）中；5）选择冷却方案根据燃气温度和试验时长，选择装配了合适冷却方案的身部（21）和喉道（22）；6）组装试验装置连接步骤）1中得到的其中一个试验件头部以及固定法兰（17）、身部（21）、喉道（22）、富甲烷燃气发生器（4）以及富氧燃气发生器（11），检查各连接处，确保密封良好无泄漏；7）开始监测打开氧化剂路喷前压力监测装置（8）、燃料路喷前压力监测装置（15）、脉动压力监测装置（19）、温度监测装置（20）以及室压监测装置（23），并启动各监测数据采集程序；8）生成富甲烷燃气和富氧燃气根据步骤2）得到的甲烷和氧气的流量，为富甲烷燃烧室（26）、富氧燃烧室（27）供应相应流量的甲烷和氧气，并启动第一点火器（1）、第二点火器（13），甲烷和氧气在富甲烷燃烧室（26）、富氧燃烧室（27）中进行燃烧，分别产生所需温度的富甲烷燃气和富氧燃气；富甲烷燃气在第一节流孔板（5）的作用下，按照步骤4）所确定的室压预定值，在富甲烷燃烧室（26）中建起相应的压力，然后依次经由第一外接接口（6）、燃料入口法兰（28）进入头部（7）；富氧燃气在第二节流孔板（10）的作用下，按照步骤4）所确定的室压预定值，在富氧燃烧室（27）中建起相应的压力，然后依次经由第二外接接口（9）、氧化剂入口法兰（29）进入头部（7）；9）气气喷注单元试验件（32）点火试验进入头部（7）的富甲烷燃气和富氧燃气经由气气喷注单元试验件（32）喷注，进入试验件燃烧室（30）内，通过第三点火器（18）点火，在试验件燃烧室（30）内充分燃烧；10）读取各监测数据，并存储记录；11）拆卸当前试验件头部，更换步骤1）所得到的另外一个试验件头部，重复执行步骤6）
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10），直到装有所有气气喷注单元试验件（32）的全部试验件头部完成测试；12）气气喷注单元试验件（32）筛选所有气气喷注单元试验件（32）完成试验后，根据获得的每个试验件头部中气气喷注单元试验件（32）的试验数据，筛选出合格的气气喷注单元试验件（32）。6.根据权利要求5所述富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验方法，其特征在于，步骤1）的具体操作方法如下：依次焊接气气喷注单元试验件（32）上端与头部隔板（31）上的通孔
内壁、头部隔板（31）的外缘与头部（7）主管道内壁以及气气喷注单元试验件（32）与外接法兰（16）上的通孔内壁，焊接完成后，检查各焊接处，保证不漏气；最后将燃料入口法兰（28）和氧化剂入口法兰（29）装配在头部（7）主管道侧面。

技术总结
本发明涉及一种液体火箭发动机地面试验装置及试验方法，具体涉及一种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置及试验方法，目的是为了解决现有技术采用的常温推进剂、地面试验装置及试验方法无法筛选出结构可靠、燃烧性能优的富氧富甲烷气气喷注单元的技术问题。富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验装置包括富甲烷燃气发生器、富氧燃气发生器和气气喷注单元试验组件；采用一定温度、组分和压力的推进剂，相比常温推进剂可以较大程度模拟推力室中气气喷注单元燃烧特性；选取合适喉部直径的喉道降低试验件燃烧室室压，从而大幅降低高压试验的安全风险。基于上述装置，本发明还提供一种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验方法。种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验方法。种富氧富甲烷气气喷注单元地面筛选试验方法。


技术研发人员：李小平 肖虹 刘昭宇 薛帅杰 李悦 王焕燃 房喜荣
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2021.08.30
技术公布日：2021/9/28