装置中，通过控制氧气减压器和氮气减 压器来控制氧气和燃料供应过程的压降，从而控制燃气发生器入口处氧化剂和燃料的流 量，进而可以控制燃气发生器内部气体组分浓度、速度以及温度，获得可控可调节的稳定高 温燃气。
[0016] 实验过程中，颗粒加热的时间控制需要考虑两个方面的因素。一方面，如果颗粒加 热的时间过长，其温度将超过实验设备的热防护能力，会造成设备损坏，另一方面，如果颗 粒加热的时间过短，则不能将颗粒加热到着火所需要的温度，无法点燃颗粒。为解决上述问 题，本发明对实验时序进行了设计，先通入氧气，后通入燃料，混合点燃后加热颗粒至一定 温度，然后关闭燃料通道，再通入一定含量的氧气来点燃颗粒，既可以避免产生过高的温 度，烧坏试验设备，又可以确保颗粒着火燃烧;并且通过加热时间的不同，可以控制颗粒着 火燃烧过程的初始温度。
【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1为本发明中实验装置结构示意图；
[0019] 图2为本发明中开窗试验段结构示意图；
[0020] 图3为本发明中颗粒支撑结构示意图；
[0021 ]图4为本实施例中试验时序以及试验段环境工况示意图；
[0022]图5为本实施例中热电偶测量的开窗试验段的气相静温值；
[0023]图6为本实施例中压力传感器测量的开窗试验段的静压；
[0024]图7为本实施例中通过图像处理后硼颗粒前驻点和后尾部端点截面上火焰峰位置 随时间的变化关系示意图。 具体实施方案
[0025]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 本实施例中利用一种高速气流条件下颗粒着火燃烧实验装置研究了高速气流条 件下硼颗粒的着火燃烧特性，实验装置的用途不局限于硼颗粒。
[0027] 该实验装置包括:管路供应系统、开窗试验系统、测量和控制系统。
[0028] 所述管路供应系统主要包括推进剂供应系统、增压吹除气体供应系统及冷却水供 应系统三部分。
[0029] 所述推进剂供应系统包括空气供应系统、氧气供应系统和燃料供应系统。
[0030] 所述空气供应系统为高压空气气罐1，系统最大供气压力12MPa，最大流量10kg/s。
[0031] 所述氧气供应系统包括氧气气罐2、手阀3、过滤器4、氧气减压器5、涡轮流量计6、 气动阀7和混合腔8。氧气由氧气气罐2流经手阀3、过滤器4进入氧气减压器5,减压器的操纵 气为空气，减压器后依次连接涡轮流量计6、气动阀7，最后氧气进入混合腔8，与空气混合完 毕后，进入开窗试验段燃气发生器9头部。本实施例所用氧气供应系统，系统最大供气压力 12MPa，最大流量2kg/s。
[0032] 所述燃料供应系统包括氮气气罐10、过滤器11、减压器12、手阀13、燃料贮箱14、压 力表15、涡轮流量计16、气动截止阀17。所述燃料供应系统采用氮气增压，氮气从氮气气罐 10中出来后经过过滤器11、减压器12和手阀13到达燃料贮箱14,为燃料增压，之后燃料经过 压力表15、流经涡轮流量计16到达气动阀17,随后进入开窗试验段燃气发生器9头部。本实 施例所用燃料供应系统，系统最大供应压力8MPa，最大流量lkg/s。
[0033] 所述增压吹除气体供应系统包括氮气气罐10和供应管路，系统最大供应压力 lOMPa，最大流量lkg/s。
[0034] 所述冷却水供应系统包括冷却水贮箱18和高压空气气罐1，系统最大供应压力 5MPa，最大流量2kg/s。
[0035] 所述开窗试验系统包括燃气发生器9、稳流段19、开窗试验段20、颗粒固定装置21、 喷管25。燃气发生器9、稳流段19、开窗试验段20、喷管25之间由法兰盘44连接，燃气发生器9 顶端安装有电火花点火装置26,燃气发生器9四周设置冷却水进水孔27及出水口孔28,燃气 发生器9的燃烧室侧壁上布置有压力测点29。氧气和酒精在燃气发生器9内燃烧，产生高温、 高压富燃燃气，高温燃气通过燃气发生器喷嘴34进入稳流段19形成近似一维均匀高温气 流，然后进入开窗试验段20,加热并点燃硼颗粒40。稳流段19内部为方形腔体，周围壁面布 置有数个冷却水进水孔30及出水孔31、温度测点32及压力测点33。为了便于观测金属颗粒 燃烧火焰结构和采集金属颗粒燃烧光谱变化，开窗试验段20的侧壁和顶部上开有透明石英 观察窗35,观察窗35与开窗试验段20的主体之间采用耐高温石棉垫片密封，观察窗内壁面 的上下两侧开有数个氮气冷却孔36，用氮气对石英观察窗35进行吹除冷却。
[0036]本实施例中观察窗所用的耐高温石英玻璃工作波段为200-3200nm，硼颗粒着火燃 烧过程的重要中间产物B02的特征光谱为546±4nm，可透过所选用的石英玻璃，并该石英玻 璃也不会对红外测温仪(测温波段1000-1 l〇〇nm)的测温产生影响。
[0037]所述开窗试验段中安装有可拆卸的颗粒固定装置21，如图3所示，颗粒固定装置21 由不锈钢底架37和两根耐高温钨钼合金棒38、39焊接而成，其中一根水平放置，一根垂直地 面放置。为了固定硼颗粒40,预先将硼颗粒沿半径方向打两个圆柱形的孔，这两个孔的对称 轴相互垂直，孔的长度略小于颗粒半径，孔直径略大于金属棒直径，将两根钨钼合金棒38、 39分别插入这两个孔，使颗粒固定，可确保其能在不同工况的气流中固定不动。
[0038]在实施例中，试验所用硼颗粒直径为5mm-20mm，为了模拟固冲发动机补燃室内硼 颗粒周围的高速掺混条件，开窗试验段横截面设计为120mmX 120mm的方形，是硼颗粒直径 的6-24倍，基本能够排除试验段附面层的影响，硼颗粒距燃气发生器喷嘴34出口间的距离 为540mm，基本能使硼颗粒在近似一维的均匀气流中点火、燃烧。
[0039]所述测量和控制系统包括高速摄影仪22、红外测温仪23、光电倍增管24、窄带滤光 片43、压力传感器41、热电偶42、数据采集系统46。利用热电偶、压力传感器测量开窗试验段 内部流场参数(温度和压力），利用高速相机拍摄燃烧过程的颗粒和火焰的形态变化，红外 测温仪测量颗粒的温度变化，光电倍增管测量燃烧过程中特定波长光谱的变化。
[0040] 本实施例中高速摄影仪采用Photron FASTCAM-ultima APX高速数字摄影仪，摄像 头采用高灵敏度CMOS非增强型图像传感器，最高拍摄速度可达120,000f/s(单位:帧/秒）， 两帧间隔时间8.3微秒，最小快门时间1/120，000s。红外测温仪采用Modiine5R红外