基于多波长光谱辐射火箭发动机燃气温度测试研究

发布时间：2017-08-28 11:34

  本文关键词：基于多波长光谱辐射火箭发动机燃气温度测试研究

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【摘要】：固体推进剂燃烧温度是推进剂燃烧机理研究、火箭发动机结构设计和火箭发动机热防护设计的重要参考指标。目前还没有一种稳定可靠的方法能够准确测量火箭发动机高温燃气温度。本文基于多波长光谱辐射温度测试方法,设计并搭建了火箭发动机燃气温度测试实验系统,开展了测温火箭发动机内流场非稳态数值仿真,完成了三种不同配方推进剂的发动机燃烧室内燃气温度测试研究。本文主要工作及结论如下:(1)建立了一种基于多波长光谱辐射的火箭发动机燃气温度测试方法。该方法基于普朗克黑体辐射定律,以火箭发动机燃烧室燃气为研究对象,通过分析燃气辐射光谱的波长和辐射力,建立光谱波长、辐射力和温度三者之间的数学对应关系,从而获得燃气温度。(2)设计并搭建了火箭发动机燃气温度测试系统。系统包括测温火箭发动机、多波长光谱辐射温度测试系统、热电偶温度测试系统、充气系统以及压强数据采集系统等。其中,多波长光谱辐射温度测试系统的性能参数如下:温度有效测量范围1000-4000℃;光谱波长测量范围200-1100nm;积分时间8-1000ms。(3)建立了测温火箭发动机内流场非稳态数值仿真模型,开展了不同工况下测温火箭发动机内流场的非稳态数值仿真。仿真结果表明:充气系统能够避免凝相颗粒覆盖透明窗玻璃表面,保证透明窗玻璃的干净。(4)开展了三种不同配方推进剂的火箭发动机燃烧室燃气温度测试研究,光谱仪采集的三种推进剂燃气的平均最高温度分别为1239.5℃、1459.5℃和2627.5℃。实验结果表明:充气系统可以保证透明窗玻璃的干净;充气不会影响光谱仪和热电偶采集燃气的真实温度;温度越高,光谱仪的稳定性越好。
【关键词】：多波长光谱辐射 温度测试 光谱仪 火箭发动机 数值仿真
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V435
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-22
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 燃烧温度测量方法12-17
• 1.2.1 接触式测温方法12-13
• 1.2.2 非接触式测温方法13-17
• 1.3 火箭发动机燃气温度测试研究现状17-21
• 1.3.1 接触式测温法的应用研究现状17-18
• 1.3.2 光学成像法的应用研究现状18
• 1.3.3 相干反斯托克斯散射法的应用研究现状18-19
• 1.3.4 发射吸收光谱法的应用研究现状19
• 1.3.5 原子发射双谱线法的应用研究现状19-20
• 1.3.6 傅立叶变换红外光谱法的应用研究现状20
• 1.3.7 热辐射法的应用研究现状20-21
• 1.4 本文主要研究内容21-22
• 2 多波长光谱辐射燃气温度测试方法22-30
• 2.1 多波长光谱辐射测温理论22-26
• 2.1.1 多波长光谱辐射测温原理22-24
• 2.1.2 数据处理方法24-26
• 2.2 火箭发动机燃气辐射光谱特性26-28
• 2.2.1 原子光谱和分子光谱26-27
• 2.2.2 燃气辐射光谱特性27-28
• 2.3 本章小结28-30
• 3 火箭发动机燃气温度测试系统设计30-52
• 3.1 发动机燃气温度测试系统总体设计30-31
• 3.2 测温火箭发动机设计31-43
• 3.2.1 测温火箭发动机的性能要求31
• 3.2.2 测温火箭发动机的总体设计31-33
• 3.2.3 药柱设计33
• 3.2.4 燃烧室壳体设计33-39
• 3.2.5 喷管及其喷管压螺设计39-41
• 3.2.6 透明窗组件设计41
• 3.2.7 挡药板设计41-42
• 3.2.8 点火装置和点火线密封装置设计42-43
• 3.3 多波长光谱辐射温度测试系统设计43-49
• 3.3.1 多波长光谱仪44-47
• 3.3.2 测控和数据处理系统47-48
• 3.3.3 光谱传输系统48-49
• 3.4 热电偶温度测试系统设计49-50
• 3.5 充气系统和压强数据采集系统设计50-51
• 3.5.1 充气系统50
• 3.5.2 压强数据采集系统50-51
• 3.6 本章小结51-52
• 4 测温火箭发动机内流场数值仿真52-80
• 4.1 测温火箭发动机数值仿真模型52-58
• 4.1.1 基本假设52
• 4.1.2 数学模型52-55
• 4.1.3 湍流模型55-56
• 4.1.4 物理模型和网格56-57
• 4.1.5 边界条件57-58
• 4.2 测温火箭发动机数值仿真结果及分析58-79
• 4.2.1 工况一条件下火箭发动机内流场数值仿真59-68
• 4.2.2 工况二条件下火箭发动机内流场数值仿真68-79
• 4.3 本章小结79-80
• 5 火箭发动机燃烧室燃气温度测试研究80-92
• 5.1 推进剂理论燃烧温度计算80-81
• 5.2 实验方案81
• 5.3 火箭发动机燃烧室燃气温度测试结果及分析81-91
• 5.3.1 F_1推进剂发动机燃烧室燃气温度测试结果及分析82-85
• 5.3.2 F_2推进剂发动机燃烧室燃气温度测试结果及分析85-88
• 5.3.3 F_3推进剂发动机燃烧室燃气温度测试结果及分析88-91
• 5.4 本章小结91-92
• 6 总结与展望92-94
• 6.1 本文主要结论92-93
• 6.2 本文创新点93
• 6.3 工作建议93-94
• 参考文献94-100
• 致谢100-101
• 攻读硕士期间发表论文和专利101-102
• 参加科研情况102-103

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本文编号：747882