一种固体火箭发动机药柱固定装置的制作方法

本发明属于固体火箭发动机静止试验技术领域，具体地说，涉及一种固体火箭发动机药柱固定装置。

背景技术：

发动机地面压强与推力测试试验在固体火箭发动机研制过程中占有很重要的地位。目前，在小型发动机压强与推力测试试验中，基本采用自由装填全表面燃烧药柱。通过大量测试数据表明，全表面燃烧药柱在发动机工作时间内，药柱回转体中轴线无法稳定平行于燃烧室壳体中轴线上，使得发动机的压强与推力曲线出现偏差现象，因此必须消除这种由于药柱轴线不平行而造成的测试误差。目前在小型固体火箭发动机中，对于自由装填全表面燃烧药柱的径向稳定性缺乏一种简单有效的支撑措施，发明专利201210440049.X提出“一种大长径比火箭发动机试车架中的发动机”和发明专利201110321594.2公开“一种用于固体火箭发动机静止试验滑筒式中心架”中对固定发动机中存在问题是:只针对固体火箭发动机在地面静止试车试验中的壳体部分提出了固定装置和连接方法，没有针对壳体内的装药部分展开研究。专利201320430843.6中提出“一种火箭推进剂药柱固定装置”,对药柱固定装置的研究中不足之处是:对药柱的轴向提出了一种固定措施，但对小型固体火箭发动机中全表面燃烧装药的径向固定还有待研究。而在装药生产方面，公开的文献“小开口壳体自由药柱固定”(《弹箭与制导学报》,2009,01:157-158.)中提出了几项在生产工艺过程中对固定作用的改进措施，但未针对药柱在壳体内的稳定性展开讨论。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种固体火箭发动机药柱固定装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括定位套、弹性挡圈、垫片，所述定位套为薄片圆环形结构，依圆心等角度周向分布有多个安装孔，所述弹性挡圈分别安装在定位套上，弹性挡圈的三分之一位于定位套外侧，三分之二位于定位套内侧，垫片安装在定位套内侧弹性挡圈的端部，定位套、弹性挡圈、垫片配合，用于固定全表面燃烧药柱在径向的稳定性。

所述弹性挡圈沿定位套周向分布至少为三根；弹性挡圈在装药燃烧前呈被压缩状态。

所述垫片为圆弧形,多组垫片依圆心径向距离相等。

定位套与弹性挡圈、垫片均采用同种类型耐高温金属材料。

有益效果

本发明提出的固体火箭发动机药柱固定装置，从弹性挡圈的安装方式可以看出:

(1)定位套采取可更换零件设计，根据小型固体火箭发动机装药直径大小的不同分别匹配不同大小的定位圈。

(2)弹性挡圈采用多个均匀分布，可最大程度的保证装药轴线的稳定性，又不影响推力室内装药的体积填充，减小产生的不稳定燃烧的概率。

(3)在弹性挡圈内侧末端安装有圆弧形垫片，可减小因应力集中对装药的破坏的可能性。

(4)在燃烧过程中，保证自由装填全表面燃烧药柱轴线的平行状态，更精确地进行小型发动机在地面压强与推力测试试验。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种固体火箭发动机药柱固定装置作进一步详细说明。

图1为本发明固体火箭发动机药柱固定装置结构示意图。

图2为本发明固体火箭发动机药柱固定装置侧视图。

图3为小型固体火箭发动机压强-时间曲线。

图4为小型固体火箭发动机推力-时间曲线。

图5为小型固体火箭发动机特征速度拟合曲线。

图6为小型固体火箭发动机推力系数拟合曲线。

图中:

1.定位套 2.弹性挡圈 3.垫片

具体实施方式

本实施例是一种固体火箭发动机药柱固定装置。

固体火箭发动机设计完成之后，要进行地面静止实验，测量压强-时间曲线和推力-时间曲线，然后进行数据处理，检查技术指标是否达到设计要求。如果没有达到，还要进一步修改设计，再次进行地面实验，直至达到设计要求。为了获得发动机的压强-时间曲线和推力-时间曲线，通过安装在发动机上的压强传感器和推力传感器，将被测的压强和推力信号转变为电压信号，电压信号经放大后由计算机数据采集系统保存。由于传感器输出的是电压信号，而实验需要得到的是推力和压强信号,即实际物理量，因此实验前应对所采用的传感器进行标定，标定的目的是为了建立传感器电压信号和实际物理量之间的关系，只要将标定结果输入到计算机采集系统中，在信号采集时，采集系统将按照标定结果将测得的电信号转换成实际物理量，即可获得压强-时间曲线和推力-时间曲线。如果在测试过程中使用自由装填全表面燃烧药柱轴向平行度不稳定，则会影响燃烧室内的压强和推力变化，使测试结果与设计情况有很大偏差，所以要最大程度地保证小型固体火箭发动机地面静止实验中自由装填全表面燃烧药柱在燃烧室内的轴向稳定度。

参阅图1～图6,本实施例固体火箭发动机药柱固定装置，由定位套1，弹性挡圈2，垫片3组成；定位套1为薄片圆环形结构，依圆心等角度周向分布有多个安装孔，定位套1大小直径根据实验中小型火箭发动机壳体的直径大小不同而改变，且定位套1的厚度很薄，不会占用额外的推力室容积。当使用不同直径大小的固体发动机壳体时，需要生产制作不同规格的药柱固定装置，以保证定位套1在径向的稳定性。弹性挡圈2分别安装在定位套1上，弹性挡圈2的三分之一位于定位套1外侧，弹性挡圈2的三分之二位于定位套1内侧，弹性挡圈2在装药燃烧前为被压缩状态，在装药燃烧过程中由于弹性作用保证装药轴线的平行度不发生较大变化。本实施例中，定位套1上安装有三个弹性挡圈2。弹性挡圈2的作用是保证当小型固体火箭发动机中使用自由装填全表面燃烧药柱时，在地面静止试车实验整个过程中，药柱的轴线与壳体轴线大部分时间保持在一个平行度内。垫片3为圆弧形,垫片3安装在定位套内侧弹性挡圈2的端部；定位套1、弹性挡圈2、垫片3配合，用于固定全表面燃烧药柱在径向的稳定性。垫片3在使用过程中直接与自由装填全表面燃烧药柱相接，避免因应力集中导致的药柱裂纹甚至药柱破碎现象。此外，垫片的弧线长度在具体应用设计时不能过长，由于燃烧末端固定装置会相互卡死，过长的弧线会导致药柱径向稳定性变差。

本实施例中，定位套1、弹性挡圈2和垫片3均采用同种类型耐高温金属材料加工。以避免在高温度、高压强的燃烧室内被高温燃气烧蚀，可能会导致压强内弹道曲线的不稳定波动或喷管喉部堵塞。保证发动机药柱固定装置的使用效果，可同时使用多个装置固定药柱，分别安装在药柱头部、中部、及尾部。当自由装填全表面燃烧药柱尾部燃尽后，尾部的固定装置失效，但中部和头部的固定装置依然能保证药柱的径向稳定性，减少小型固体火箭发动机的不稳定燃烧现象。

本实施例固体火箭发动机药柱固定装置结构参数:

装药密度1.65kg/m³；外径为14mm；内径为11mm；燃烧室长度为200mm；黑火药采用7克小粒2号黑火药；装药采用SQ-2型药。

基于上述固体火箭发动机药柱固定装置，本实施例中使用的测试自由装填全表面燃烧药柱的小型固体火箭发动机地面静止试验方法，按以下步骤进行:

(1)发动机准备:检查并齐套发动机各零、部件及发动机药柱固定装置，测量喷管喉径；

(2)主装药准备:检查药柱外表面质量，预估计算并称量药柱质量；

(3)点火药准备:称量7克小粒2号黑火药，并作一个点火药包；

(4)检查实验数据采集系统、点火控制系统；

(5)将发动机各零部件、主装药、点火药包装配；将发动机药柱固定装置与发动机内药柱配合安装，并将装配好的发动机安装在试车台上；

(6)将压强传感器和推力传感器安装在发动机上；

(7)检查各测试设备的工作状态；

(8)人员安全离开实验间，连接点火线，关闭实验间铁门；

(9)检查点火电阻、再次检查各测试设备的工作状态，设置好数据采集系统，等待触发；

(10)发点火指令，发动机点火工作，采集系统进行实验过程中数据的采集，保存所采集到的实验数据；

(11)拆卸参试发动机，清理干净并涂防锈油，完成实验。