固体推进剂燃烧特性实验系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于火箭发动机推进剂实验技术领域，涉及固体推进剂燃烧特性实验系统。
【背景技术】
[0002]目前针对推进剂在不同应力载荷、不同形变条件下的实际燃烧性能和规律的研宄手段仍比较缺乏。尚无在对推进剂精确加载应力的情况下，进行燃烧实验的装置。一般对此类问题的研宄方法主要是单独对推进剂进行燃烧性能实验，或推进剂燃烧或结构进行数值计算。
[0003]比较典型的关于此类问题的试验方法主要是将推进剂经过自然或人工加速储存，然后对推进剂取样进行物理性能和力学性能测试，如燃速、密度和抗拉强度等性能测试。这种方法的不足之处是不能模拟推进剂在应力作用下进行性能测试，无法准确的模拟真实工况。
[0004]比较典型的数值计算方法是使用三维线性粘弹性模型，研宄推进剂不同载荷下工况的应力形变和变形情况。这种方法能够指出药柱内危险部位的位置，为实际结构设计提供一定参考。不足之处是没有考虑燃烧，同时没有实验数据对其进行检验。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种固体推进剂受力状态燃烧特性实验系统，以解决现有技术中不能模拟固体推进剂在应力作用下进行性能测试，无法准确的模拟真实工况来进行燃烧特性研宄的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是，固体推进剂燃烧特性实验系统，包括力矩输出装置，力矩输出装置的输出轴通过挤压装置连接有固体推进剂，力矩输出装置带动挤压装置实现对固体推进剂的压缩或拉伸；力矩输出装置还通过数据采集装置连接有控制主机，数据采集装置用于采集固体推进剂的形变信息；控制主机用于接收数据采集装置发送的形变信息，并根据接收到的形变信息来调整力矩输出装置对固体推进剂的压缩量或拉伸量；固体推进剂和挤压装置的外部密封设置有燃烧腔室，燃烧腔室上设有用于采集固体推进剂燃烧状态的图像采集装置。
[0007]进一步的，挤压装置包括与力矩输出装置输出轴连接的丝杠，丝杠的自由端依次连接有运动板、固体推进剂和位置固定的后固定板，固体推进剂被后固定板和运动板夹紧，力矩输出装置依次带动丝杠和运动板相对于后固定板作往复运动以实现对固体推进剂的压缩或拉伸。
[0008]进一步的，运动板靠近力矩输出装置的一侧设置有前固定板，前固定板和后固定板之间通过两条平行的导轨连接，运动板可沿着导轨作往复运动。
[0009]进一步的，数据采集装置包括黏贴在固体推进剂上用于采集其形变信息的应变片和连接至控制主机的应变信号接收器。
[0010]进一步的，数据采集装置还包括位移传感器，位移传感器的读数头紧贴运动板，位移传感器通过读数头采集固体推进剂受压缩或拉伸时产生的形变量。
[0011]进一步的，力矩输出装置为电机，数据采集装置包括设置在电机上用于采集电机转角及转速的电机编码器。
[0012]进一步的，丝杠依次通过铰链和联轴器连接至力矩输出装置的输出轴，力矩输出装置通过滑块导轨机构连接至位置固定的底座上，力矩输出装置通过滑块导轨机构实现相对于底座的直线往复运动。
[0013]进一步的，燃烧腔室的一侧连接有用于排出燃烧气体的喷管。
[0014]进一步的，图像采集装置包括在燃烧腔室外壁上开设的观察窗，以及在观察窗旁设置的高速摄影机。
[0015]本发明的有益效果是，通过力矩输出装置可以实现对固体推进剂的任意拉升量或压缩量的准确控制，使推进剂能够在规定的应力载荷和形变量下进行燃烧性能实验，且对固体推进剂形变量的控制精度可达到0.002mm，该发明填补了固体推进剂在受到压缩或拉升时，燃烧性能实验研宄的空白。
【附图说明】
[0016]图1是本发明固体推进剂燃烧特性实验系统的结构示意图。
[0017]图中，1.底座，5.电机，6.电机编码器，7.联轴器，8.铰链，9.位移传感器，10.读数头，11.控制主机，13.应变信号接收器，14.燃烧腔室，15.观察窗，16.喷管，17.固体推进剂，18.后固定板，20.运动板，21.导轨，22.前固定板，23.丝杠，24.高速摄像机。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0019]本发明提供了一种固体推进剂燃烧特性实验系统，如图1所示，包括力矩输出装置，力矩输出装置的输出轴通过挤压装置连接有固体推进剂17，力矩输出装置带动挤压装置实现对固体推进剂17的压缩或拉伸；力矩输出装置还通过数据采集装置连接有控制主机11，数据采集装置用于采集固体推进剂17的形变信息；控制主机11用于接收数据采集装置发送的形变信息，并根据接收到的形变信息来调整力矩输出装置对固体推进剂17的压缩量或拉伸量；固体推进剂17和挤压装置的外部密封设置有燃烧腔室14，燃烧腔室14上设有用于采集固体推进剂17燃烧状态的图像采集装置。
[0020]其中，挤压装置包括与力矩输出装置输出轴连接的丝杠23，丝杠23的自由端依次连接有运动板20、固体推进剂17和位置固定的后固定板18，固体推进剂17被后固定板18和运动板20夹紧，力矩输出装置依次带动丝杠23和运动板20相对于后固定板18作往复运动以实现对固体推进剂17的压缩或拉伸。
[0021]丝杠23依次通过铰链8和联轴器7连接至电机5的输出轴，电机5通过滑块导轨机构连接至位置固定的底座I上，电机5通过滑块导轨机构实现相对于底座I的直线往复运动。
[0022]用铰链8将电机与丝杠23连接，打开电机5供给电源220V，使用控制触摸屏12输入需要的固体推进剂17形变量，控制电机5运动，通过丝杠23使固体推进剂17的形变量达到实验设计要求。然后再断开铰链8与丝杠23的连接，密封燃烧腔室14开始燃烧实验，使用高速摄影机24在观察窗15处记录燃烧影像。
[0023]运动板20靠近电机5的一侧设置有前固定板22，前固定板22和后固定板18之间通过两条平行的导轨21连接，运动板20可沿着导轨21作往复运动。
[0024]丝杠23与运动板20的接合处使用51104型单向推力球轴承相连，在运动板20和导轨21之间使用LB10192型直线球轴承连接。固体推进剂17固定在运动板20和固定板18之间，且将固体推进剂17轻微夹紧。
[0025]力矩输出装置通常为电机5，控制主机11连接有触摸屏，使用NOVA MCX314运动控制芯片6和PC控制主机连接11。电机5通过控制主机11或触摸屏来实现对固体推进剂17形变和应力的预先设定。使用铰链8带动丝杠23，将电机5的转动转化为丝杠23的平动，丝杠23带动运动板20向固体推进剂17施加应力载荷。固体推进剂17两侧被固定连接在运动板20和后固定板18之间，运动板20可以靠近或远离固体推进剂17方向运动，以实现对固体推进剂17的压缩或拉伸。
[0026]当对固体推进剂17施加的应力载荷满足需要后，可将丝杠23和铰链8分离，以避免燃烧腔室14内剧烈的高温传递至电机5使其烧毁。同时，通过对丝杠23螺纹升角的合理设计，可实现运动板20反向运动的自锁。
[0027]燃烧腔室14的一侧连接有用于排出燃烧气体的喷管16，燃烧腔室14的壳体材料采用45#钢，总长360mm，图像采集装置包括在燃烧腔室14外壁上开设的观察窗15，以及在观察窗15外设置的高速摄影机2