固体推进剂燃烧颗粒粒径的在线测量

李永华; 潘科玮; 平力; 杨斌; 于海涛; 沈建琪

doi:doi:10.3788/AOS202040.1512003

光学学报, 2020, 40 (15): 1512003, 网络出版: 2020-08-14

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Online Size Measurement of Burning Particles of Solid Propellants

李永华 ¹潘科玮 ³平力 ²杨斌 ²于海涛 ^1,*沈建琪 ¹

作者单位

¹ 上海理工大学理学院, 上海 200093

² 上海理工大学上海市动力工程多相流动与传热重点实验室, 上海 200093

³ 上海航天动力技术研究所发动机技术发展研究室, 上海 201109

图 & 表

图 1. 燃烧颗粒测量系统原理图

Fig. 1. Schematic of measurement system for burning particles

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图 2. 辐射光谱

Fig. 2. Radiation spectra

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图 3. 多元光电探测器示意图

Fig. 3. Schematic of multi-unit detector

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图 4. 标准颗粒的体积频度分布。(a) 10.9 μm标准颗粒;(b) 160 μm标准颗粒;(c)混合标准颗粒系

Fig. 4. Volume frequency distributions of standard particles. (a) Standard particles with size of 10.9 μm; (b) standard particles with size of 160 μm; (c) mixed standard particles

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图 5. 初始测量高度为25 mm时燃烧颗粒的体积频度分布。(a)低燃速;(b)高燃速

Fig. 5. Volume frequency distributions of combustion particles at initial measurement height of 25 mm. (a) Low burning rate; (b) high burning rate

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图 6. 初始测量高度为50 mm时燃烧颗粒的体积频度分布。(a)低燃速;(b)高燃速

Fig. 6. Volume frequency distributions of combustion particles at initial measurement height of 50 mm. (a) Low burning rate; (b) high burning rate

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图 7. 凝相产物的体积频度分布。(a)低燃速;(b)高燃速

Fig. 7. Volume frequency distributions of condensed products. (a) Low burning rate; (b) high burning rate

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表 1带通滤波片参数

Table1. Parameters of band pass filter plate

Center wavelength /nm	Bandwidth /nm	Transmissivity /%	Cut-off wavelength /nm	Thickness /mm	Diameter /mm
450	±40	75	300--1100	3	6

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表 2标准颗粒的等效粒径

Table2. Equivalent particle size of standard particles

Parameter	10.9 μm	160 μm
${D_{V 10}}_{}$ /μm	7.5	131.8
${D_{V 50}}_{}$ /μm	9.3	153.5
${D_{V 90}}_{}$ /μm	11.18	167.90
${D_{VMD}}_{}$ /μm	9.9	155.2
Error value /μm	1.0	4.8

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表 3不同燃速、不同测量高度下燃烧颗粒的等效粒径

Table3. Equivalent particle sizes of burning particles at different burning rates and different measuring heights

Parameter	h=25 mm		h=50 mm
Parameter	Low burning rate	High burning rate	Low burning rate	High burning rate
${D_{V 10}}_{}$ /μm	13.2	76.7	112.5	98.9
${D_{V 50}}_{}$ /μm	141.6	133.4	129.0	126.0
${D_{V 90}}_{}$ /μm	186.6	174.1	154.8	158.2
${D_{VMD}}_{}$ /μm	151.9	145.4	132.9	130.4

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表 4凝相产物的等效粒径

Table4. Equivalent particle sizes of condensed particles

Parameter	Low burning rate	High burning rate
${D_{V 10}}_{}$ /μm	59.6	47.2
${D_{V 50}}_{}$ /μm	94.0	74.4
${D_{V 90}}_{}$ /μm	142.3	109.2
${D_{VMD}}_{}$ /μm	106.5	82.7

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表 5固体推进剂燃烧颗粒和凝相产物的平均粒径

Table5. Average particle sizes of combustion particles and condensed particles in solid propellant

Parameter	Combustion particle						Condensed particle
	h=25 mm			h=50 mm			Condensed particle
	Low burning rate	High burning rate		Low burning rate	High burning rate		Low burning rate	High burning rate
${D_{VMD}}_{}$ /μm	151.9		145.4		132.9	130.4	106.5	82.7

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李永华, 潘科玮, 平力, 杨斌, 于海涛, 沈建琪. 固体推进剂燃烧颗粒粒径的在线测量[J]. 光学学报, 2020, 40(15): 1512003. Yonghua Li, Kewei Pan, Li Ping, Bin Yang, Haitao Yu, Jianqi Shen. Online Size Measurement of Burning Particles of Solid Propellants[J]. Acta Optica Sinica, 2020, 40(15): 1512003.

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图 1. 燃烧颗粒测量系统原理图

Fig. 1. Schematic of measurement system for burning particles

图 2. 辐射光谱

Fig. 2. Radiation spectra

图 3. 多元光电探测器示意图

Fig. 3. Schematic of multi-unit detector

图 4. 标准颗粒的体积频度分布。(a) 10.9 μm标准颗粒;(b) 160 μm标准颗粒;(c)混合标准颗粒系

Fig. 4. Volume frequency distributions of standard particles. (a) Standard particles with size of 10.9 μm; (b) standard particles with size of 160 μm; (c) mixed standard particles

图 5. 初始测量高度为25 mm时燃烧颗粒的体积频度分布。(a)低燃速;(b)高燃速

Fig. 5. Volume frequency distributions of combustion particles at initial measurement height of 25 mm. (a) Low burning rate; (b) high burning rate

图 6. 初始测量高度为50 mm时燃烧颗粒的体积频度分布。(a)低燃速;(b)高燃速

Fig. 6. Volume frequency distributions of combustion particles at initial measurement height of 50 mm. (a) Low burning rate; (b) high burning rate

图 7. 凝相产物的体积频度分布。(a)低燃速;(b)高燃速

Fig. 7. Volume frequency distributions of condensed products. (a) Low burning rate; (b) high burning rate

表 1带通滤波片参数

Table1. Parameters of band pass filter plate

表 2标准颗粒的等效粒径

Table2. Equivalent particle size of standard particles

表 3不同燃速、不同测量高度下燃烧颗粒的等效粒径

Table3. Equivalent particle sizes of burning particles at different burning rates and different measuring heights

表 4凝相产物的等效粒径

Table4. Equivalent particle sizes of condensed particles

表 5固体推进剂燃烧颗粒和凝相产物的平均粒径

Table5. Average particle sizes of combustion particles and condensed particles in solid propellant

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图 1. 燃烧颗粒测量系统原理图

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图 2. 辐射光谱

Fig. 2. Radiation spectra

图 3. 多元光电探测器示意图

Fig. 3. Schematic of multi-unit detector

图 4. 标准颗粒的体积频度分布。(a) 10.9 μm标准颗粒;(b) 160 μm标准颗粒;(c)混合标准颗粒系

Fig. 4. Volume frequency distributions of standard particles. (a) Standard particles with size of 10.9 μm; (b) standard particles with size of 160 μm; (c) mixed standard particles

图 5. 初始测量高度为25 mm时燃烧颗粒的体积频度分布。(a)低燃速;(b)高燃速

Fig. 5. Volume frequency distributions of combustion particles at initial measurement height of 25 mm. (a) Low burning rate; (b) high burning rate

图 6. 初始测量高度为50 mm时燃烧颗粒的体积频度分布。(a)低燃速;(b)高燃速

Fig. 6. Volume frequency distributions of combustion particles at initial measurement height of 50 mm. (a) Low burning rate; (b) high burning rate

图 7. 凝相产物的体积频度分布。(a)低燃速;(b)高燃速

Fig. 7. Volume frequency distributions of condensed products. (a) Low burning rate; (b) high burning rate

表 1带通滤波片参数

Table1. Parameters of band pass filter plate

表 2标准颗粒的等效粒径

Table2. Equivalent particle size of standard particles

表 3不同燃速、不同测量高度下燃烧颗粒的等效粒径

Table3. Equivalent particle sizes of burning particles at different burning rates and different measuring heights

表 4凝相产物的等效粒径

Table4. Equivalent particle sizes of condensed particles

表 5固体推进剂燃烧颗粒和凝相产物的平均粒径

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