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柴油机配件-(知识点)固体火箭发动机的不稳定燃烧的辨识火箭固体发动机燃烧室结构

来源:应急救援装备网  作者:蓝品汇优采云   2024-04-12 阅读:89

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固体火箭发动机的不稳定燃烧现象通常表现为燃烧室压力pt曲线、发动机推力Ft曲线等内弹道曲线的异常变化。 特别是压力曲线几乎包含了燃烧的所有外部特征。 因此,通过燃烧室压力曲线分析可以找到不稳定燃烧的原因,从而寻求避免不稳定燃烧的方法来消除或抑制不稳定燃烧。 这就是固体火箭发动机不稳定燃烧的曲线辨识。 当然,压力曲线的异常变化不一定是燃烧不稳定造成的,也可能是发动机结构等因素造成的,如喷油嘴脱落、喷油喉堵塞、机匣烧穿等。不稳定的识别燃烧是固体火箭发动机故障诊断的重要组成部分。 谢伟民等人介绍了不稳定燃烧的一些曲线识别,简述如下。

图4-14(a)所示为间歇燃烧,又称喘振,即燃烧室压力发生周期性或近周期性振荡,其频率比燃烧室基本振动频率低或高1~2个数量级。燃烧室。 低的。 图4-14(b)显示L*不稳定燃烧,或整体模式低频振荡燃烧。 其压力波动比较规则,频率范围从几赫兹到100-150赫兹,低于燃烧室的固有频率。 上述两种燃烧可以单独发生,也可以相继发生,如图4-14(c)所示。 主要原因有:燃烧室压力过低; L*太小火箭发动机燃烧不稳定性,气体在燃烧室内停留的时间太短,使气相化学反应物来不及反应,从而引发振荡燃烧; 点火时间太短、点火压力太低或太高也可能引起喘振。 上述因素都减少了流向推进剂表面的反馈热量,导致燃烧速率降低并引起燃烧振荡或中断。

图4-14 低频不稳定燃烧压力曲线

(a) 间歇燃烧; (b) L* 不稳定燃烧; (c) 间歇燃烧和低频振荡燃烧

图4-15给出了两条典型的L*不稳定燃烧曲线。 其中,图4-15(a)的主要特点是压力振荡频率较低(小于200Hz),振幅较大时平均压力下降。 如果发动机工作压力较低,L*较小,在低温工况下运行时L*容易出现燃烧不稳定火箭发动机燃烧不稳定性,可通过L*燃烧器或亥姆霍兹()燃烧器实验调整发动机参数,以达到更好的效果。 消除L*不稳定燃烧。 图4-15(b)的特点是压力振荡幅度较小,有时还伴有压力突然下降和恢复的过程。 发动机在L*不稳定燃烧工况(如固体碎片穿过喷管喉部等)下进行脉冲触发,很容易出现这种现象。

图4-15 L*不稳定燃烧压力曲线

(a) L*不稳定燃烧时的平均压力较低; (b) 脉冲触发L*不稳定燃烧

图4-16所示为压力耦合引起的高频不稳定燃烧。 其主要特点是平均压力曲线呈凹形,且在多次点火实验中基本同时出现压力振荡。 通过动态压力测量可以检测高频压力振动,并可以通过频谱分析和声场分析确定其振动形状和频率。 一般来说船舶配件,双基推进剂容易发生这种类型的振荡燃烧。

图4-17所示为横向高频不稳定燃烧,或由速度耦合引起的纵向中频不稳定燃烧。 主要特点是发生瞬间的重复性、平均压力曲线或多个压力峰值的不规则变化、动态压力检测。 对于频率较高的压力振荡,可以通过频谱分析、燃烧室声场分析和稳定性计算来确定其模态振型和频率。 当发动机长细比较小且推进剂不含Al时,易产生横向高频不稳定燃烧,而当长细比较大且推进剂含有Al时,易产生纵向中频不稳定燃烧燃烧。

图4-16 高频不稳定燃烧

火箭发动机燃烧不稳定性

图4-17 横向高频不稳定燃烧

图4-18为纵向触发的不稳定燃烧,其特点是平均压力突然上升到一定值,动态压力检测中出现中频压力振荡。 这种发动机需要通过脉冲励磁实验来检验其稳定性。 当长细比大于10、燃烧室压力较高、推进剂燃烧速率较低以及运行过程中遇到大幅度扰动(如点火装置碎片、隔热涂层等)时,容易发生此类振荡。脱落碎片等)穿过喷嘴喉部)进入发动机。

图4-19所示为外部信号干扰引起的动压曲线波动。 主要特点是平均压力正常,动态压力检测有不同频率的振荡信号。 干扰信号可能来自交流电源(50Hz)、无线电信号(音频)或布线干扰(随机信号)等。一般可以通过频谱分析来识别其类型和干扰源。 图4-19所示的实际上是一个接线干扰信号。

图4-18 纵向触发不稳定燃烧

图4-19 外部信号干扰压力曲线

图4-20是压力管较长或形状复杂时产生的异常压力曲线。 主要特点是推力曲线不振荡船舶安全管理体系软件,压力振荡逐渐衰减。 造成这种现象的原因是引压管在点火冲击下发生阻尼自由振荡。

图4-21所示为测力系统机械振动引起的推力曲线异常变化,而压力曲线(包括平均压力和动压力)正常。 主要原因是推力传感器接触不严。

图4-20 导压管过长时的压力曲线

图4-21 测力系统机械振动引起的推力异常曲线

图4-22显示了喷嘴喉部沉积和脱落引起的曲线异常。 主要特点是压力曲线和推力曲线都有明显的波动。 这是因为喷嘴喉部的沉积物增加了压力和推力。 当喉部沉积到一定程度时,沉积物突然脱落,造成压力和推力突然下降。 然后重复上述沉积-脱落过程,导致曲线在不同时刻出现波动。 这种现象主要发生在工作时间较长(如tk>30s)、喷嘴直径较小(如dt<10mm)的发动机,如耐力型发动机。

火箭发动机燃烧不稳定性

图4-23是点火后不久发生爆炸的发动机的压力和推力曲线。 由于压力急剧增加,压力传感器发生故障,因此压力曲线立即中断。 爆炸的原因复杂,但大多与燃烧密切相关,如振荡燃烧、装药裂纹、爆燃至爆震等; 还有机械结构原因,如发动机局部结构损坏或松动、部件缺失等,导致喷管喉部堵塞等。一旦发生爆炸,需要通过各种实验来确定原因以及专家分析。

图4-22 喷管喉部沉积、脱落引起的推力和压力异常波动曲线

图4-23 发动机点火后不久爆炸引起的推力和压力异常波动曲线

图4-24是高速旋转发动机的压力或推力曲线。 其突出特点是次峰较高。 次峰不是由于装料燃烧面的增面燃烧引起的,而是由于高速旋转的离心加速度引起的燃烧速率的急剧增加。 尽管高速旋转发动机对燃烧速率的显着影响已被公认,但对其形成机制仍存在很大争议,目前尚无完善的预测方法。 这种燃烧是稳定燃烧。

图4-24 高速旋转发动机的压力或推力曲线

图4-25显示了固体火箭发动机点火阶段存在的一种现象,即所谓的斜坡上升现象。 高频检测时无压力振荡。 造成斜率的主要原因有:①对于大规格装药,点火药的燃烧时间太短。 一般可以通过增加点火药的用量,特别是延长点火药的燃烧时间(如使用大的点火药等)来避免。 ②推进剂燃烧缓慢,工作温度低,壁面热损失大,T型发动机也容易出现这种现象。

图 4-26 显示了压力曲线中间的轻微凸起。 造成这种现象的主要原因是:①对于复合推进剂,铸造过程中可能存在缺陷,主要是推进剂组分分布不均匀; ②分级充气的发动机,中间横隔板处出现燃气回流,导致燃烧速率局部增加; ③由于炉料局部脱粘、裂纹等现象,燃烧面增大。

图4-25 发动机点火斜坡现象

图4-26 发动机压力曲线中间轻微凸起

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