液體火箭發動機推進劑的霧化是在較高或者很高壓力條件下進行的。目前，噴嘴性能及霧化研究實驗通常是在1個大氣壓環境下進行，這造成實驗得到的霧化性能與實際狀況有一定差異。為能子反壓環境下進行噴嘴霧化實驗，在更新近于噴嘴工作的真實狀態進行噴嘴特性研究，進一步提高噴嘴霧化研究的水平，設計了反壓環境艙。本文介紹反壓環境艙的設計及應用。

1、反壓環境艙技術參數及結構

1.1、技術參數

　　依據目前及今后一段時間液體火箭發動機燃燒室單嘴的工作參數，考慮目前技術條件，選擇的反壓環境艙的設計參數如下：

　　空氣：m=0~1.8kg/s；

　　水：m=0~1kg/s；

　　反壓壓力：P=0.1~6MPa；

　　視窗直徑：φ110mm。

1.2、反壓環境艙結構

　　從使用性能和可操作性考慮，反壓環境艙包括艙蓋提升機構、艙體移動機構、噴嘴調節裝置、氣幕隔離裝置、視鏡和散光裝置(整體外結構圖見圖1)等。

(1)艙蓋提升機構

　　反壓環境艙設計壓力為6.0MPa，內徑為φ280nm，罐高為800mm，材質選用1Cr18Ni9T。艙蓋采用平板結構，螺栓連接方式。艙蓋開有φ15mm通孔四個、φ6mm通孔兩個，供實驗介質和艙體壓力測量用。艙蓋重量比較重，因此設計了梯型螺旋絲杠提升艙蓋。在絲杠兩側設計導向桿，以避免艙蓋上升過程中出現晃動及偏斜。

(2)艙體移動機構

　　環境艙自身重量重、體積大，為便于移動將環境艙固定固定在可移動的小車上，小車移動采用活動式腳輪，由自鎖機構完成位置固定。

(3)噴嘴調節裝置

　　噴嘴裝在環境艙蓋的中心，沿軸線向下噴射。噴嘴在反壓環境艙內需滿足：(1)噴嘴出口位置需在視鏡的三分之一處；(2)噴嘴能在夾具上360。轉動，這樣有利于拍攝到噴霧場的最佳位置。由于噴嘴實驗型式、結構尺寸各不相同，為了滿足上述兩個位置條件，需設計能調節長短并同時自鎖的噴嘴夾具。噴嘴夾具最大伸長長度為240mm，噴嘴夾具最小長度為160mm，伸桿距離確定后由碟型螺母緊固鎖緊。噴嘴夾具固定盤設計成兩道環槽孔，噴嘴可在固定上根據所需方向旋轉固定。

(4)氣幕隔離裝置

　　由于噴嘴密閉在反壓環境艙內，細小液霧滴的彌散會影響測量。同時由于噴嘴流量的變化，噴嘴出口形成的霧錐有大有小，噴霧場大時，噴嘴噴射的霧滴有可能飛濺到觀察窗視鏡上，影響高速動態分析系統對噴霧場拍攝圖像的效果。為了消除小部分霧滴對視鏡的影響，采用了如下措施：

　　①加長觀察窗圓管的長度，減少液滴飛濺到視鏡上的幾率；

　　②設計氣幕隔離裝置，在霧場和視鏡之間形成一道氣幕簾。氣幕隔離裝置通入一定壓力、流量的空氣形成氣幕簾，有效地防止液滴噴濺到觀察窗視鏡上。圖2和圖3顯示了有無氣幕裝置觀察窗的效果比較。

(5)視鏡

　　高速動態分析系統有側向片光源和背直光源兩種狀態動態拍攝方式。為此反壓環境艙采用三面視窗結構，視鏡結構，視鏡的通光直徑為φ110mm，工作壓力為6.4MPa。圖4為反壓環境艙視鏡。

(6)散光設置

　　為了消除艙內里多種裝置對入射光的折射或反射，提高光場及攝影效果。設計了散光裝置，散光裝置如圖5

(7)安全措施

　　為實驗安全的進行，反壓環境艙設置了安全泄壓裝置。艙內壓力如果超出安全使用壓力，安全閥將自動開啟并快速排出氣體來降低艙內的過高壓力。反壓環境艙底部都開有φ25mm×2.5mm的壓力調控管路，管路上裝有流量調節閥來調節反壓艙內壓力值，通過流量調節閥對反壓壓力的調節，可完成不同壓力的反壓霧化實驗。

2、在反壓霧化實驗的應用

　　結合介質供應系統、調節系統、測量系統和高速動態分析系統，組成一套反壓環境霧化實驗系統可對噴嘴進行反壓霧化實驗研究。

2.1、流量實驗

　　氣/氣噴嘴的流量特性受環境壓力影響較大，在艙內環境下進行了氣/氣噴嘴實驗。實驗測試的參數包括：噴注壓降、流量以及艙壓壓力。在有氣液同軸直流離心噴嘴，使用高速動態分析系統和環境艙在同一噴嘴壓降，不同艙壓環境下進行了霧化實驗，噴霧數據如表2。

3、結論

　　為了進行反壓環境下噴嘴特性試驗，設計并建造了反壓環境艙。反壓環境艙能提供模擬燃燒室的環境，完成噴嘴的反壓環境下流量與噴嘴實驗，主要特點有：

　　(1)環境艙的視鏡通光直徑達，直徑為φ110mm；

　　(2)環境艙能提供高的環境壓力，設計壓力為6.0MPa；

　　(3)環境艙操作方便。

　　結果證明反壓環境艙結構設計合理，能滿足多種噴嘴的流量和霧化實驗。