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图2.3 以色列SFRJ实验装置
为了模拟飞行条件，压缩空气被电加热到800K。一个30kw的电加热器和水冷三通阀提供了必要的可控热，高压纯净空气流率高达40g/s。图2.4给出了燃烧试验部分的细节。发动机入口和发动机是装配在一起的，允许具有不同的进气口和突扩台阶的测试。发动机点火通过在短时间内点火器中的热固体推进剂燃烧气体通过一个环形狭槽喷射进突扩台阶腔室来实现[20]。入口空气压力和温度，空气流率，腔室压力和推力的连续测量值被取得并记录在了一个光电记录器里，排出气流成分通过一个Orsat设备进行分析。这些测试是自动进行的并可从控制室控制[21]。
图2.4 SFRJ燃烧试验系统
相对于以色列，德国所使用的实验装置相对较大，实验系统如图2.5所示。实验中，固体燃料的药柱内径为60~120mm。空气通过氢氧燃烧方式加热，随后采用补氧方式。氢氧空气加热器由分布在其前端盖板的10个燃烧器组成，通过选择燃烧器的数量，可以实现一个很宽的温度范围，最高可达900K。空气中由于氢气和氧气燃烧产生的水蒸气的最大数量约为总质量流量的6%。通过补氧，污浊空气中的氧气量被保持在总量的23%[22]。
图2.5 德国SFRJ试验系统
在实验用冲压发动机中，燃料的长度可以变化到1m。在研究中，用不同的突扩台阶和喷管，空气入口的通气面积比值在1~5之间，喷管喉部的通气面积比值在1~4之间。采用烟火剂（铝和聚四氟乙烯粉末的混合物）或H2/O2点火炬点火。浓度测量通过气相色谱技术来保证，气体样品通过内径为0.6mm，外径为3mm的的水冷探针从燃烧室内取得，气体可通过特定的实验装置来分析其中N2、O2、CO、CO2和H2的含量[23]。
在美国，研究人员所使用的实验装置比德国小。空气加热器通过甲烷和氢气的燃烧来对主路和旁路空气进行加热，随后采用向热空气补氧的方式，使得空气中的氧气保持常值。如图2.6所示。
图2.6 美国的SFRJ实验装置
实验装置的二维燃烧室包含一个可调台阶高度的突扩台阶，由可变速的，可逆的，高转矩的，能够在固体燃料冲压发动机工作时改变台阶高度的交流电机驱动[24]。使用了两个空气吹扫观察窗口（直径12.7mm），一个在回流区另一个在靠近燃料板后端的边界层燃烧区域。设置了两台旋转棱镜高速摄像机来观察燃烧过程，大部分的录像以6000帧/秒拍摄。轴对称燃烧室结构初始端口直径大约为45mm，主要研究含较高金属颗粒成分（高达50%）比如含B、B4C 和 Mg的固体燃料的燃烧特性[25]。
荷兰使用的实验装置比德国小，如图2.7所示，并且在实验中，固体燃料的药柱内径为40mm。空气通过甲烷/氧气燃烧方式加热，随后采用补氧方式，使得空气中的氧气保持常值。气体质量流量被壅塞式喷管以大约1.5%的精度控制。在空气加热器中，甲烷与氧气燃烧以提高入口空气温度到1000 K并且污浊空气中的氧含量被保持在23%的量不变[9]。为了确定瞬时局部燃速，采用了超声波脉冲回波技术。通过超声波仪发射的声脉冲在燃料的固-气界面反射，超声波分析仪测定所发射的和所接收的反射脉冲之间的时间间隔，通过测定计算声音的速度，瞬时壁厚，可以确定燃速[26]。
图2.7 荷兰的直连式实验设备
国防科技大学使用的固体燃料冲压发动机实验装置主要由空气供应系统、空气加热系统、测试系统和实验发动机四部分组成[27]。为了保证推力测量能有较高的精度，空气加热系统安装在推力台架的动架上，压缩空气通过垂直软管引入空气加热器。为了研究有氧化剂和无氧化剂固体燃料的点火和燃烧性能，推进剂配方分别为：40%Al、25%Mg、35%HTPB和40%Al、25%Mg、5%AP、30%HTPB。在对实验发动机进行改进后，也可以研究旁路空气质量流率与空气总质量流率对发动机工作性能的影响[28]。为了模拟冲压增程弹弹体自旋引起的旋流，在燃烧室入口前部可以设置一个切向孔式旋流器，旋流器由旋流器腔体和中心锥组成，通过移动中心锥可以改变气体的运动轨迹，从而在一定范围内改变旋流数，进而达到模拟条件来研究旋流对发动机流场结构及性能的影响[14]。文献综述