2022年气动谐振点火实验指导书.docx

2022年气动谐振点火实验指导书 　气动谐振点火 试验 指导书 书 　1 试验目的 1) 了解气动谐振点火技术的工作原理； 2) 了解不同类型气动谐振点火器的工作过程和优缺点； 3) 了解气动谐振加热试验系统的组成和工作程序； 4) 通过测得的压力和温度，确定出具有较好谐振加热效应的结构参数和气动参数 　2 试验概述 气动谐振点火是基于气动谐振加热效应的一种新型点火方式与传统的点火技术相比，气动谐振点火器结构简洁、重量轻、平安牢靠、对环境没有影响（没有静电和射频干扰、无毒无害），可多次点火它能够满意重复运用的大推力运载火箭对点火器的大输出能量、多次点火、无毒无污染的要求 　气动谐振加热效应是通过建立特定的气动谐振条件，使气动谐振管的内外流淌相耦合，在管口形成自激振荡界面依靠谐振管外连续来流的能量维持，气动谐振管内将产生周期性的高频激波振荡，约在谐振管端部 30%的管长区，通过不行逆的熵增过程，压缩气体的能量不行逆地转化为热量，产生超过谐振管外来流滞止温度数倍的谐振管端部温升 　虽然自气动谐振加热效应于 1954 年被发觉以来，各国的探讨人员对它进行了大量的探讨工作，但大部分探讨进展均为气动谐振点火器的应用探讨，在理论探讨方面的进展不大。

为了将气动谐振点火技术真正应用于液体火箭发动机的点火，还必需通过大量的气动谐振加热试验来确定出点火器的结构参数和气动参数的最佳匹配 　气动谐振加热这一物理现象机理非常困难，仅仅从理论上进行分析和数值模拟是不够的，还要进行大量的气动谐振加热试验，以揭示其规律，为此必需建立相应的气动谐振加热试验系统，开展气动谐振加热基础试验探讨 　3 试验系统介绍 试验系统主要包括两个部分：气动谐振加热基础试验系统和试验测量系统 　3.1 气动谐振加热基础试验系统 　空气谐振加热基础试验系统图如图 1 所示在图 1 的试验系统中，高压空气汇流后经过过滤器进入圆盘减压器 7，压力表 5 用于监视高压空气罐的压力由于试验次数多，指挥减压器简单出现漏气等故障，所以圆盘减压器的指挥压力由气瓶维持须要增加指挥压力时，打开手阀 18，高压空气即向气瓶中充气，待压力表 13 所示压力升至所需压力时，关闭手阀若须要降低指挥压力，则关闭手阀 18，打开放气手阀 15，表 13 指示的压力达到所需值时，关闭手阀 15 停止放气假如手阀不漏气，用这种方法调整的指挥压力不会随高压来流而波动，在试验中很稳定从减压器中流出的空气的压力即为调定的喷嘴进口压力。

压力表 8 与传感器 10 记录试验中空气的压力 　空气空气空气接热电偶2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 13 14 15 16 17 18 1920 21（15） 　（20） 　放气手阀 　汇流排 　（3）高压空气罐 　（4）过滤器 　（5）（8）（13）（21）压力表 　（6）（14）三通接头 　（7）圆盘减压器 　（9）（16）（19）四通接头 　（10）压力传感器 　（11）试验件（12）电磁阀 　（17）空气瓶 　（18）手阀 图 1 空气谐振加热试验系统原理图 3.2 测量系统 测量系统由压力传感器、热电偶、放大器、滤波器、采集卡及数据采集软件组成可以测量气动谐振加热及点火试验中试验装置进口的气体压力、谐振管中气体高频振荡的压力、加热和点火试验中的温度压力测量选用中国航空工业总公司 634 所生产的 3 型溅射薄膜压力传感器，量程 5 MPa试验中选用的热电偶是镍铬-镍硅型，热电偶丝直径有 0.3mm 和 0.5mm 两种，可分别测量最 　高 1010℃和 1730℃的温度；气动谐振加热试验中选用 0.3mm 的热电偶，可以较快速地跟踪加热过程，而在点火试验中选用 0.5mm 的热电偶，可以承受较高的火焰温度，避开热电偶的烧毁。

放大器和滤波器是试验室自制的采集卡采纳北京中泰计算机技术探讨所生产的 PC－6325A 光电隔离模入接口卡，其采纳 3总线光电隔离技术，使被测信号系统与计算机之间完全电气隔离，具有较高的输入阻抗和共模抑制比，同时该卡自带 DC/DC 隔离电源模块，无需外接电源它有 32 路通道，输入电压信号范围：0～10V，单通道最高采集频率约为 66kHz 　通用自动测试系统（ATS）由主控计算机、测量分系统、限制分系统、测试转接机柜、UPS、信号传输电缆、测控对象（各种传感器和阀门）、网络交换机和打印机等 9 部分组成 　显示器限制分系统内嵌式计算机数据采集卡PXI主机箱测试转接柜测量分系统显示器网 　络交换机网线网线RS232串口线主 　控计算机传感器信号传感器信号限制信号 限制信号同步信号数据采集测试间传感器信号直流电源信号调理UPS至传感器至阀门 图 2 通用自动测试系统组成示意图 其中，测量分系统的主体部分和限制分系统的计算机安装在一个测量转接机柜中，限制分系统的主体部分及测量分系统的显示器安装在发控台中，全部的限制开关和显示仪表均按状态发控台前面板上 　 图 3 通用自动测试系统 限制分系统的功能是依据系统软件发出的限制策略参数，发出限制指令，完成试验限制。

限制分系统选用基于 PLC 的限制系统限制分系统原理如下图 　PLC 采纳松下 FP10 系列 PLC，共包括下列模块：主板、电源模块、 CPU 模块数字输入模块、数字输出模块、A/D 转换模块 　图 4 限制分系统原理图 PLC 供应 73 路限制通道，限制信号发出时间精度为 1mS；A/D 转换模块供应24 路测量通道，用于逻辑条件推断的数据采集 　计算机将限制策略参数下载到 PLC 的 CPU 模块中后，PLC 脱离计算机独立运行试验过程中，试验限制全部由 PLC 独立完成，计算机不参加试验限制计算机仅用于实时记录、显示、处理 PLC 传来的相关参数 　4 试验内容 　图 5 气动谐振加热试验装置 本试验主要进行气动谐振加热基础试验，验证气动谐振加热装置在不同结构参数和气动参数条件下的气动谐振加热性能 　试验装置包括喷嘴，谐振管，温度传感器，压力传感器以及试验装置基座等组成 　试验过程中固定喷嘴及谐振管的尺寸，通过调整试验装置基座上的丝杠调整喷嘴出口与谐振管入口之间的距离，以及变更喷嘴入口的压力，获得不同距离，不同压力下的谐振管底部的压力和温度曲线变更喷嘴及谐振管的尺寸，采纳上述方法获得不同喷嘴、谐振管尺寸下的谐振加热性能。

　5 思索题 　1 气动谐振点火技术的工作原理； 　2 不同类型气动谐振点火器的优缺点； 　3 影响气动谐振加热性能的参数 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页。