一種固體推進劑定容燃燒的測試裝置及測試方法
【專利摘要】本發明公開了一種固體推進劑定容燃燒的測試裝置及測試方法，燃燒器與頂蓋通過壓螺蓋固定，測壓嘴和放氣閥安裝在頂蓋上，壓力傳感器置于測壓嘴上與測試系統連接。在燃燒器內放置推進劑及點火器，點火器點燃推進劑，燃燒產生的高溫燃氣使燃燒器內壓強不斷升高，由動態壓強測試系統獲得燃燒器內的P-t曲線；通過氣體狀態方程，獲得不同時刻下推進劑燒去的質量，由于推進劑幾何尺寸已知，得到不同時刻下推進劑試樣燒去的肉厚et，由de/dt得到不同時刻下的燃速。通過最小二乘法求出各壓強段的燃速特性參數，即得到燃速公式。測試裝置結構簡單，精度較高，能準確的測量連續高壓下任何一個壓強點下的推進劑燃速，適用于各種固體推進劑。
【專利說明】一種固體推進劑定容燃燒的測試裝置及測試方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及固體推進劑測試領域，具體地說，涉及一種固體推進劑定容燃燒的測試裝置及測試方法。

【背景技術】
[0002]隨著火箭技術的發展，固體火箭發動機的應用越來越廣泛，對固體火箭發動機的設計要求也越來越高。在諸多的固體火箭發動機的性能參數中，固體推進劑的燃速性能起著非常重要的作用。而且對固體推進劑在高燃速及高壓強下穩定工作的要求越來越清晰。提高固體火箭發動機工作壓強是現有技術中提高火箭發動機比沖的重要方法，而進行高壓強火箭發動機內彈道設計必須預先測定高壓強下推進劑燃速。因此提供一種高可靠性，高精度的高壓下推進劑燃速測試方法是必不可少的。目前現有的固體推進劑燃速測試方法主要有靶線法、聲發射法、超聲波法。
[0003]發明專利201110039791.5中公開了一種固體推進劑多靶線準動態燃燒性能測試方法，能夠方便快捷的測出固體推進劑的準動態燃速，燃速壓強系數和高溫條件下燃速溫度敏感系數，以克服現有技術測量周期較長的不足，但是靶線法通常用來測量15MPa以下的推進劑燃速特性。
[0004]聲發射法通常用于測試25MPa以下推進劑燃速。在發明專利200610043161.4中提出了一種固體推進劑燃速測試系統，其涉及測試儀器【技術領域】，目的是采用該系統以提高對固體推進劑燃速的測試精度和測試效率，實現對測試數據進行管理與數據自動處理，并實現測試過程的自動化。推進劑燃速測試系統是在現有技術的基礎上采用計算機技術，由燃燒室、信號采集裝置、氣路、水路與溫度調控裝置和特別設計的系統控制裝置組成。但該系統較為復雜，涉及零部件較多；同時聲發射法在高壓強情況下存在著高壓管路、高壓閥門漏氣，壓強難以維持恒定的狀態。
[0005]湖北航天技術化學研究所推出了 “一種超聲法測試固體推進劑的燃速裝置”，該裝置須測量超聲脈沖在推進劑中的反射時間，確定推進劑燃燒端面的位移，從而得到推進劑的燃燒速度。燃速裝置由燃燒室、超聲探頭、匹配層、壓力傳感器、超聲發射接收單元和計算機數據處理單元組成，試驗采用低燃速推進劑。超聲波法和聲發射法測量壓強基本相同，也存在高壓管路、高壓閥門易漏氣的難題，而且結構復雜、零部件較多。


【發明內容】

[0006]為了避免現有技術存在的不足，克服其結構復雜，高壓下固體推進劑測試難的問題，本發明提出一種固體推進劑定容燃燒的測試裝置及測試方法；測試裝置內靠推進劑自燃燒充壓，不需增加管路，測試裝置精度較高，能準確的測量連續高壓下任何一個壓強點下的固體推進劑燃速，測試裝置結構簡單，安裝操作方便，適用于各種固體推進劑。
[0007]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:測試裝置包括放氣閥、測壓嘴、頂蓋、密封圈、壓螺蓋、推進劑試樣、燃燒器，所述燃燒器為一端封閉的圓筒形結構，燃燒器開口端外壁面周向有螺紋，燃燒器開口端沿壁端周向有凹槽，密封圈嵌入在凹槽內，頂蓋固定在燃燒器開口端部，頂蓋上設置有放氣閥與燃燒器相連通，測壓嘴位于頂蓋上放氣閥的側面，且與燃燒器內部相連通，壓力傳感器置于測壓嘴上與測試系統連接，壓螺蓋位于頂蓋上與燃燒器通過螺紋固連。
[0008]一種采用測試裝置進行固體推進劑定容燃燒測試的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0009]步驟1.確定推進劑試樣形狀和尺寸，并將推進劑試樣及點火器放置在燃燒器內，組裝定容燃燒器，確認燃燒器密封無漏氣；
[0010]步驟2.打開點火器點燃推進劑試樣，推進劑試樣燃燒產生高溫燃氣，密閉的燃燒器內壓強不斷升高，由測壓嘴上的壓力傳感器測量燃燒器內壓強，由動態壓強測試系統獲得燃燒器內的P-t曲線；
[0011]步驟3.待推進劑試樣燃燒完全，開啟放氣閥排除燃燒器內的高壓燃氣，使燃燒器內高溫燃氣徹底排放，再打開定容燃燒器；
[0012]步驟4.重復上述步驟I至步驟3，采用相同的過程進行多次實驗，記錄測試結果；
[0013]步驟5.通過氣體狀態方程，獲得不同時刻下推進劑試樣燒去的質量，由于推進劑試樣幾何尺寸已知，得到不同時刻下推進劑試樣燒去的肉厚et，由dedt得到不同時刻下的燃速；
[0014]步驟6.通過最小二乘法求出各壓強段的燃速特性參數一溫度系數和壓強指數，即得到燃速公式；固體推進劑燃速測試完成。
[0015]有益效果
[0016]本發明提出的固體推進劑定容燃燒的測試裝置及測試方法，在定容燃燒器內放置確定形狀和尺寸的推進劑試樣及點火器，點火器點燃推進劑試樣，推進劑試樣燃燒產生的高溫燃氣使密閉的燃燒器內壓強不斷升高，由動態壓強測試系統獲得燃燒器內的P-t曲線。通過氣體狀態方程，獲得不同時刻下推進劑試樣燒去的質量，由于推進劑試樣的幾何尺寸已知，得到不同時刻下推進劑試樣燒去的肉厚et，由dedt得到不同時刻下的燃速。通過最小二乘法求出各壓強段的燃速特性參數一溫度系數和壓強指數，即得到燃速公式。
[0017]本發明測試裝置內靠推進劑自燃燒充壓，不需要增加其它管路，有效地降低了測試的復雜性；測試裝置精度較高，能準確的測量連續高壓下任何一個壓強點下的固體推進劑燃速，測試過程簡易；測試裝置成本低，無需借助其它昂貴的測試元件，降低了成本，定容燃燒器可長期使用；測試裝置結構簡單，安裝操作方便，適用于各種固體推進劑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和實施方式對本發明一種固體推進劑定容燃燒的測試裝置及測試方法作進一步詳細說明。
[0019]圖1為本發明固體推進劑定容燃燒的測試裝置示意圖。
[0020]圖中:
[0021]1.放氣閥2.測壓嘴3.頂蓋4.密封圈5.壓螺蓋6.推進劑試樣7.燃燒器

【具體實施方式】
[0022]本實施例是一種固體推進劑定容燃燒的測試裝置及測試方法。
[0023]如圖1所示，本實施例測試裝置由放氣閥1、測壓嘴2、頂蓋3、密封圈4、壓螺蓋5、推進劑試樣6、燃燒器7組成，燃燒器7為一端封閉的圓筒形結構，燃燒器7開口端外壁面周向有螺紋，燃燒器7開口端沿壁端周向加工有凹槽，頂蓋3固定在燃燒器7開口端部，密封圈4嵌入在凹槽內，對燃燒器7和頂蓋3之間起到密封作用；頂蓋3上設置有放氣閥I與燃燒器7相連通，T形結構的放氣閥I與頂蓋3連接部位分別加裝密封圈，測壓嘴2固定在頂蓋3上放氣閥I的側面，且與燃燒器7內部相連通；壓力傳感器置于測壓嘴2上與測試系統連接，壓螺蓋5安裝在頂蓋3上與燃燒器7通過螺紋固定連接。
[0024]測試裝置工作流程:
[0025]首先，取一定肉厚的固體推進劑試樣6及點火器放置固定在燃燒器7內，確保推進劑試樣6穩定放置；裝配整個測試裝置，O型密封圈4放置在燃燒器7端部的凹槽內，對燃燒器7和頂蓋3之間進行密封，將頂蓋3固定在燃燒器7上，壓螺蓋5安裝在頂蓋3上與燃燒器7通過螺紋固定連接。確保燃燒器7密封完全，最后將壓力傳感器安裝在測壓嘴2上。測試實驗完成后，須先打開放氣閥I排除燃燒器7內的高壓燃氣，使得燃燒器7內高溫燃氣徹底排放；然后拆卸測試裝置，將裝置內部清理干凈，以備下次測試使用。
[0026]基于上述測試裝置進行固體推進劑定容燃燒測試的方法，其特征在于包括以下步驟:
[0027]第一步，確定推進劑試樣形狀和尺寸，將測量已知形狀和尺寸的推進劑試樣及點火器放置在燃燒器內，組裝定容燃燒器，確認燃燒器密封無漏氣；
[0028]第二步，打開點火器點燃推進劑試樣，推進劑試樣燃燒產生高溫燃氣，密閉的燃燒器內壓強不斷升高，由測壓嘴上的壓力傳感器測量燃燒器內壓強，由動態壓強測試系統獲得燃燒器內的p-t曲線；
[0029]第三步，待推進劑試樣燃燒完全，開啟放氣閥排除燃燒器內的高壓燃氣，使得燃燒器內高溫燃氣徹底排放，再打開定容燃燒器；
[0030]第四步，重復上述第一步至第三步，采用相同的過程進行多次實驗，記錄測試結果;
[0031]第五步，通過氣體狀態方程，獲得不同時刻下推進劑試樣燒去的質量，由于推進劑試樣幾何尺寸已知，得到不同時刻下推進劑試樣燒去的肉厚et，由dedt得到不同時刻下的燃速；
[0032]第六步，通過最小二乘法可求出各壓強段的燃速特性參數一溫度系數和壓強指數，即得到燃速公式；
[0033]第七步，固體推進劑燃速測試實驗完成后，拆卸擦拭實驗裝置以備下次使用。
【權利要求】
1.一種固體推進劑定容燃燒的測試裝置，其特征在于:包括放氣閥、測壓嘴、頂蓋、密封圈、壓螺蓋、推進劑試樣、燃燒器，所述燃燒器為一端封閉的圓筒形結構，燃燒器開口端外壁面周向有螺紋，燃燒器開口端沿壁端周向有凹槽，密封圈嵌入在凹槽內，頂蓋固定在燃燒器開口端部，頂蓋上設置有放氣閥與燃燒器相連通，測壓嘴位于頂蓋上放氣閥的側面，且與燃燒器內部相連通，壓力傳感器置于測壓嘴上與測試系統連接，壓螺蓋位于頂蓋上與燃燒器通過螺紋固連。
2.一種采用權利要求1所述測試裝置進行固體推進劑定容燃燒測試的方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1.確定推進劑試樣形狀和尺寸，并將推進劑試樣及點火器放置在燃燒器內，組裝定容燃燒器，確認燃燒器密封無漏氣； 步驟2.打開點火器點燃推進劑試樣，推進劑試樣燃燒產生高溫燃氣，密閉的燃燒器內壓強不斷升高，由測壓嘴上的壓力傳感器測量燃燒器內壓強，由動態壓強測試系統獲得燃燒器內的P-t曲線； 步驟3.待推進劑試樣燃燒完全，開啟放氣閥排除燃燒器內的高壓燃氣，使燃燒器內高溫燃氣徹底排放，再打開定容燃燒器； 步驟4.重復上述步驟I至步驟3，采用相同的過程進行多次實驗，記錄測試結果； 步驟5.通過氣體狀態方程，獲得不同時刻下推進劑試樣燒去的質量，由于推進劑試樣幾何尺寸已知，得到不同時刻下推進劑試樣燒去的肉厚et，由dedt得到不同時刻下的燃速； 步驟6.通過最小二乘法求出各壓強段的燃速特性參數一溫度系數和壓強指數，即得到燃速公式；固體推進劑燃速測試完成。
【文檔編號】G01N31/12GK104330520SQ201410603239
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月30日 優先權日:2014年10月30日
【發明者】胡松啟, 劉凱, 陳靜, 李葆萱, 李逢春, 張研 申請人:西北工業大學