高背压等离子点火器及其液体燃料点火特性实验研究

• 作者: 曹亚文 李斌 王飞 林榕 韩先伟 谭畅
• 来源期刊: 推进技术
• 关键词: 液体火箭发动机 等离子体 点火器 背压 发射光谱 液体推进剂
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: 燃烧 传热 传质|Combustion, Heat and Mass Transfer
• 页码范围: 1570-1580
• 页数: 11页
• 分类号: V431
• 语种: 中文
• DOI: 10.13675/j.cnki.tjjs.200554

摘要

航天应用的液体火箭发动机及燃烧型加热器燃烧室室压高、燃料流量大、温度低、有重复启动需求,实现安全可靠点火的难度较大.针对这些需求,研究了一种采用高背压设计的电弧等离子体点火器.实验研究了Ar,N2气体工质在高进气压力下的伏安特性,发现N2在宽压力范围内适用于点火.发射光谱分析表明,在高达数MPa的进气压力下,Ar,N2等离子体射流电子密度符合局部热力学平衡判据(LTE判据),点火能量集中.N2等离子体整体温度低于Ar,但阳极喷口附近温度高于Ar,N2等离子体射流火焰长,卷吸沿程空气造成射流平均温度偏低,但有助于低温液体推进剂的蒸发混合和强化点火.等离子体射流引起了臭氧和氮氧化物的形成,具有促进点火和化学反应的作用.背压提高引起电源输出电压升高,提高供气压力和电流,有助于点火器在高背压环境中稳定电压.燃烧型空气加热器燃烧室的点火实验发现,采用N2等离子体喷注面中心点火,可以在短时间内完成酒精-空气和酒精-液氧-空气的点火,最高燃烧室室压接近5MPa时,点火器仍能稳定工作,多次使用电极烧蚀不明显,在液体火箭发动机的重复可靠点火方面具有很好的应用前景.