富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统及方法
富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统及方法，涉及地面试验领域，包括燃气发生器，燃气发生器连通有燃料路和氧化剂路，燃料路的另一端连接有燃料贮箱，氧化剂路的另一端连接有氧化剂贮箱；燃气发生器的出口连通燃气管路，燃气管路的外壁设置有环形的环带，环带与燃气管路的外壁之间形成环形腔室，环形腔室与燃气管路连通，环形腔室连接有二次补燃路和二次补氧路，二次补燃路用于向燃气管路补充燃料，二次补氧路用于向燃气管路补充氧化剂。安全可靠且适用于多种组件特性试验的宽范围可变混合比，可有效降低组件特性试验的设计成本和试验成本，并防止燃气生成装置工作在极端混合比，避免发生燃烧振荡。
发明专利
CN202410477274.3
2024-04-18
CN118407859A
2024-07-29
F02K9/96(2006.01)
西安航天动力研究所
谭永华;张晓光;任孝文;张业雷;唐亮;张晟;张京;韩松涛
710100 陕西省西安市雁塔区航天基地飞天路289号
中国航天科技专利中心
贾文婷
陕西;61
1.富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统，其特征在于：包括燃气发生器(1)，燃气发生器(1)连通有燃料路和氧化剂路，燃料路的另一端连接有燃料贮箱(16)，氧化剂路的另一端连接有氧化剂贮箱(17)； 燃气发生器(1)的出口连通燃气管路，燃气管路的外壁设置有环形的环带(15)，环带(15)与燃气管路的外壁之间形成环形腔室，环形腔室与燃气管路连通，环形腔室连接有二次补燃路和二次补氧路，二次补燃路用于向燃气管路补充燃料，二次补氧路用于向燃气管路补充氧化剂。 2.根据权利要求1所述的富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统，其特征在于：所述二次补燃路的另一端连通于燃料贮箱(16)，二次补氧路的另一端连通于氧化剂贮箱(17)。 3.根据权利要求1所述的富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统，其特征在于：所述环带(15)内壁沿周向均匀设置喷嘴，通过二次补燃路和二次补氧路二次补充的燃料或氧化剂，通过喷嘴喷注到燃气管路。 4.根据权利要求1所述的富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统，其特征在于：所述燃气管路内设置有燃气路整流栅(14)进行整流，燃气路整流栅(14)位于环带(15)背离燃气发生器(1)的一侧。 5.根据权利要求1所述的富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统，其特征在于：沿着燃料进入所述燃气发生器(1)的方向，燃料路上依次连接有燃料路流量计(5)、燃料路截止阀(4)、燃料路减压阀(3)和燃料路汽蚀管(2)，燃料路截止阀(4)用于控制燃料路的通断，燃料路减压阀(3)和燃料路汽蚀管(2)用于控制燃料路的燃料流量； 沿着氧化剂进入燃气发生器(1)的方向，氧化剂路上依次设置有氧化剂路流量计(9)、氧化剂路截止阀(8)、氧化剂路减压阀(7)和氧化剂路汽蚀管(6)，氧化剂路截止阀(8)用于控制氧化剂路的通断，氧化剂路减压阀(7)和氧化剂路汽蚀管(6)用于控制氧化剂路的氧化剂流量。 6.根据权利要求1所述的富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统，其特征在于：沿着氧化剂进入所述环带(15)的方向，二次补氧路上依次设置有二次补氧路流量计(13)、二次补氧路流量调节阀(12)和补氧氮气吹除路，补氧氮气吹除路设置有补氧氮气吹除截止阀(19)，二次补氧路流量调节阀(12)用于二次补氧路中的氧化剂流量调节，通过向补氧氮气吹除路通入氮气以避免燃料进入二次补氧路，补氧氮气吹除截止阀(19)用于控制补氧氮气吹除路的通断； 沿着燃料进入环带(15)的方向，二次补燃路上依次设置有二次补燃路流量计(11)、二次补燃路流量调节阀(10)和补燃氮气吹除路，补燃氮气吹除路设置有补燃氮气吹除截止阀(18)，二次补燃路流量调节阀(10)用于二次补燃路中的燃料流量调节，通过向补燃氮气吹除路通入氮气以避免氧化剂进入二次补燃路，补燃氮气吹除截止阀(18)用于控制补燃氮气吹除路的通断。 7.根据权利要求1所述的富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统，其特征在于：所述燃气管路出口处设置3个温度测点，取3个温度测点的平均温度作为系统供应燃气温度T'，对系统供应燃气温度T'进行监测，作为判断系统稳定的依据。 8.富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应方法，使用后权利要求1-7任一所述的富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应系统进行供应，其特征在于，包括： S1：系统起动时，首先打开燃料路和氧化剂路，燃气发生器(1)工作，监测燃气管路出口供应燃气温度T'； S2：T'稳定时，判断所需混合比r是否包含在燃气发生器(1)额定工况混合比rg的取值范围内，获得判断结果，判断结果包括：若r包含在rg的取值范围内，燃料和氧化剂完全由燃料路和氧化剂路提供；若r＞rmax，燃料完全由燃料路提供、氧化剂由氧化剂路和二次补氧路提供；若r＜rmin，氧化剂完全由氧化剂路提供、燃料由燃料路和二次补燃路提供； 燃气发生器(1)工作在稳定额定工况下，其混合比rg的取值范围为：rmin≤rg≤rmax，其中：r-混合比，混合比＝氧化剂流量/燃料流量；下标g-燃气发生器；下标min-最小值；下标max-最大值； S3：根据判断结果，进行二次补燃或二次补氧； 当进行二次补燃时，首先打开二次补氧路的氮气吹除截止阀，对二次补氧路进行氮气吹除，再打开二次补燃路的流量调节阀进行补燃，防止二次补充的燃料通过环带进入二次补氧路，给系统带来风险；当进行二次补氧时，首先打开二次补燃路的氮气吹除截止阀，对二次补燃路进行氮气吹除，再打开二次补氧路的流量调节阀进行补氧，防止二次补充的氧化剂通过环带进入二次补燃路，给系统带来风险； S4：系统工作时，对燃料路、氧化剂路、二次补燃路和二次补氧路的流量进行监测，当流量偏差大于10％时，进行系统关机； 系统工作时，对燃气管路出口供应燃气温度T'进行监测，当停止上一动作ts后，系统供应燃气温度T'仍不稳定，进行系统关机；其中，ts对应燃气发生器在各工况达到稳定燃烧所需最大时间。 9.根据权利要求8所述的富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应方法，其特征在于： 所述步骤S2中，包括： 当所需混合比r包含在rg的取值范围内时，则燃料和氧化剂完全由燃料路和氧化剂路提供，根据混合比r确定氧化剂流量qmo1及燃料流量qmf1，并根据qmo1和qmf1控制氧化剂路及燃料路流量，此时二次补氧路和二次补燃路流量调节阀均为关闭状态； 当所需混合比r＞rmax时，此时通过控制燃料路及氧化剂路减压阀及汽蚀管氧化剂流量qmo1及燃料流量qmf1，使燃气发生器工作在额定工况下，二次补燃路流量调节阀关闭，二次补氧路流量调节阀打开，调节二次补氧路氧化剂流量qmo2，qmo2＝r·qmf1-qmo1，其中，qmf1为燃料路的燃料质量流量，qmo1为氧化剂路的氧化剂质量流量； 当所需混合比r＜rmax时，此时通过控制燃料路及氧化剂路的氧化剂流量qmo1及燃料流量qmf1，使燃气发生器工作在额定工况下，二次补氧路流量调节阀关闭，二次补燃路流量调节阀打开，调节二次补燃路燃料流量qmf2，qmf2＝qmo1/r-qmf1，其中，qmo1为氧化剂路的氧化剂质量流量，qmf1为燃料路的燃料质量流量。 10.根据权利要求8所述的富氧/富燃双模态宽范围可变混合比燃气供应方法，其特征在于：所述步骤S4中，系统关机时，首先关闭二次补氧路或二次补燃路，监测燃气管路出口供应燃气温度T'，当T'稳定时，关闭氮气吹除截止阀停止氮气吹除，再关闭燃料路和发生器氧化剂路，使燃气发生器停止工作。