液态高能纳米流体燃料的单液滴悬挂脉冲点火实验装置

技术领域

本发明涉及的是一种航天器燃料领域的技术，具体是一种液态高能纳米流体燃料的单液滴悬挂脉冲点火实验装置。

背景技术

单液滴悬挂点火是研究高能燃料发动机应用的基础，通过研究高能燃料点火和燃料特性，可以为改进液态高能燃料的燃烧技术和点火设备提供理论依据。此外，将实际工程应用中的脉冲点火与单液滴燃料相结合进行研究，为实际应用过程中有效提升高能燃料物性和使用提供理论依据和现实指导意义。

发明内容

本发明针对现有技术无法实现高能燃料在空气为氧化剂时的脉冲点火的不足，提出一种液态高能纳米流体燃料的单液滴悬挂脉冲点火实验装置，操作控制简单易行，实用性强，能够实现在脉冲点火方式下液态高能纳米流体燃的点火及其燃烧特性参数更为详细的研究，并为点火器设计和燃烧特性参数研究提供参考。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种液态高能纳米流体燃料的单液滴悬挂脉冲点火实验装置，包括：固定设置的点火针以及活动设置于其上方的液滴悬挂器，其中：脉冲点火装置外设有光谱仪和高速相机分别采集液滴点火时的光谱信息和图像信息。

所述的点火针的输入端与脉冲点火器和开关电源相连。

所述的点火针以及液滴悬挂器通过悬挂支架固定设置，液滴悬挂器通过电动伸缩杆实现高度调节。

所述的液滴悬挂器包括依次相连的转接器、耐高温刚玉管和钨丝。

所述的点火针采用倒V型结构，其中正负极间距为5mm。

所述的液滴悬挂器采用固定螺丝固定耐高温刚玉管；耐高温刚玉管内部穿孔可将钨丝穿入并固定；钨丝的直径为0.2mm。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图中：a-1为悬挂支架，a-2为点火器固定架，a-3为绝缘硅胶垫，a-4为支架固定架，a-5为电动伸缩杆，a-6为液滴悬挂器(a-6-1：转接，a-6-2：耐高温刚玉管，a-6-3：钨丝)，a-7为透明亚克力框，a-8为点火针，a-9为200W脉冲点火器，a-10为开关电源，b-1为光纤，b-2为光电倍增管，b-3为高压电源仪，b-4为光子计数器，b-5为光谱仪，b-6为电脑，c-1为高速相机，c-2为单反相机；

图2为液态高能纳米流体燃料在单液滴悬挂脉冲点火装置点火示意图；

图中：(a)点火前，(b)点火。

图3为纯煤油以及含硼或含硼改性高能粒子纳米流体燃料在含量为20wt％的点火延迟时间。

图4为脉冲点火时悬挂液滴处的温度变化。

图5为B/煤油和B-1.0/煤油燃烧过程以及燃烧火焰特性。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，为本实施例涉及一种液态高能纳米流体燃料的单液滴悬挂脉冲点火实验装置，包括：固定设置的点火针a-8以及活动设置于其上方的液滴悬挂器a-6，其中：脉冲驱动的点火针a-8外设有光谱仪b-5和高速相机c-1分别采集液滴点火时的光谱信息和图像信息。

所述的点火针a-8的输入端与200W脉冲点火器a-9和开关电源a-10相连。

所述的点火针a-8以及液滴悬挂器a-6通过悬挂支架a-1固定设置，液滴悬挂器a-6通过电动伸缩杆a-5实现高度调节。

所述的液滴悬挂器a-6包括依次相连的转接器a-6-1、耐高温刚玉管a-6-2和钨丝a-6-3。

本实施例涉及上述装置的液态高能纳米流体燃料的单液滴悬挂脉冲点火实验方法，具体包括：

步骤一、测试系统开启，包括：开启光电倍增管b-2、高压电源仪b-3、光子计数器b-4、光谱仪b-5、电脑b-6、高速相机c-1、单反相机c-2；调节相机和光路并确定可以进行燃烧性能检测。

步骤二、单液滴悬挂脉冲点火装置开启：通过电动伸缩杆a-5将液滴悬挂器上的高能燃料液滴传输至点火针a-8上方。

步骤三、在液滴悬挂器a-6上悬挂高能燃料液滴。

步骤四、通过开关电源a-10打开200W脉冲点火器a-9。

实施例2

煤油燃料脉冲点火

本实施例涉及一种基于上述实施例1中的煤油燃料脉冲点火，包括以下步骤：

步骤一、测试系统开启；

开启光电倍增管b-2、高压电源仪b-3、光子计数器b-4、光谱仪b-5、电脑b-6、高速相机c-1、单反相机c-2；调节相机和光路并确定可以进行燃烧性能检测。

步骤二、单液滴悬挂脉冲点火装置开启；

通过电动伸缩杆a-5将液滴悬挂器上的高能燃料液滴传输至点火针a-8上方，

步骤三、在液滴悬挂器a-6上悬挂煤油燃料液滴；

步骤四、通过开关电源a-10打开200W脉冲点火器a-9；

经过具体实际实验得到煤油的点火延迟时间为402ms。

实施例3

含硼或含硼改性高能粒子纳米流体燃料在含量为20wt％的脉冲点火

本实施例涉及一种基于上述实施例1中的高能纳米流体燃料脉冲点火，包括以下步骤：

步骤一、测试系统开启；

开启光电倍增管b-2、高压电源仪b-3、光子计数器b-4、光谱仪b-5、电脑b-6、高速相机c-1、单反相机c-2；调节相机和光路并确定可以进行燃烧性能检测。

步骤二、单液滴悬挂脉冲点火装置开启；

通过电动伸缩杆a-5将液滴悬挂器上的高能燃料液滴传输至点火针a-8上方，

步骤三、在液滴悬挂器a-6上悬挂RP-3燃料液滴；

步骤四、通过开关电源a-10打开200W脉冲点火器a-9；

经过具体实际实验得到B/煤油、B-0.1/煤油、B-0.5/煤油和B-1.0/煤油等高能燃料纳米流体燃料的点火延迟时间分别为478、165、282和393ms。

本发明采用上述装置实现单液滴悬挂脉冲点火实验装置将实际工程应用中的脉冲点火与单液滴燃料相结合进行研究。本发明专利操作控制简单易行，实用性强，能够实现在脉冲点火方式下液态高能纳米流体燃的点火及其燃烧特性参数更为详细的研究，并为点火器设计和燃烧特性参数研究提供参考。

与现有系统相比，本发明独创发明了通过利用液态纳米流体高能燃料单液滴悬挂脉冲点火系统，解决液态纳米流体高能燃料脉冲点火方式的问题。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。