气动谐振点火实验指导书.doc

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1、气动谐振点火实验指导书1 实验目的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) 了解气动谐振加热实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 实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单、重量轻、安全可靠、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。它能够满足重复使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动相耦合，在

2、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，通过不可逆的熵增过程，压缩气体的能量不可逆地转化为热量，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年被发现以来，各国的研究人员对它进行了大量的研究工作，但大部分研究进展均为气动谐振点火器的应用研究，在理论研究方面的进展不大。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，还必须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十分复杂，仅仅从理论上进行分析和数值模拟是不够的，还

3、要进行大量的气动谐振加热试验，以揭示其规律，为此必须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研究。3 实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，指挥减压器容易出现漏气等故障，所以圆盘减压器的指挥压力由气瓶维持。需要增加指挥压力时，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。若需要降低指挥压力，则关闭手阀18，打开放气手阀15

4、，表13指示的压力达到所需值时，关闭手阀15停止放气。如果手阀不漏气，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。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、加热和点火实验中的温度。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.

5、5mm两种，可分别测量最高1000和1700的温度；气动谐振加热试验中选用0.3mm的热电偶，可以较迅速地跟踪加热过程，而在点火实验中选用0.5mm的热电偶，可以承受较高的火焰温度，避免热电偶的烧毁。放大器和滤波器是实验室自制的。采集卡采用北京中泰计算机技术研究所生产的PC6325A光电隔离模入接口卡，其采用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：010V，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、控制分系统、测试转

6、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。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控制分系统的计算机安装在一个测量转接机柜中，控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，所有的控制开关和显示仪表均按状态发控台前面板上。图3 通用自动测试系统控制分系统的功能是根据系统软件发出的控制策略参数，发出控制指令，完成试验控制。控制分系统选用基于PLC的控制系统。控制分系统原理如下图。PLC采用松下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 控制分系统原理图

7、PLC提供72路控制通道，控制信号发出时间精度为1mS；A/D转换模块提供24路测量通道，用于逻辑条件判断的数据采集。计算机将控制策略参数下载到PLC的CPU模块中后，PLC脱离计算机独立运行。试验过程中，试验控制全部由PLC独立完成，计算机不参与试验控制。计算机仅用于实时记录、显示、处理PLC传来的相关参数。4 实验内容图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实验，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，通过调节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，以及改变喷嘴入口的压力，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。改变喷嘴及谐振管的尺寸，采用上述方法获得不同喷嘴、谐振管尺寸下的谐振加热性能。5 思考题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。