一种固体推进剂燃速测试恒压装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种固体推进剂燃速测试恒压装置,由燃烧室、底座、多个气缸和砝码盘组成；燃烧室与底座固连，密封圈安装在底座与燃烧室侧壁凸缘连接处。两个圆柱形气缸位于燃烧室两侧对称安装，气缸内置两个相同的橡胶活塞，支撑杆一端与砝码盘外底部的凹槽连接，另一端与气缸内的两个橡胶活塞连接，两个橡胶活塞之间间距可调；燃烧室与气缸通过弧形圆管相连接，燃烧室侧壁设有氮气充气孔、排气孔、传感器接孔和真空泵接孔，且分别与高压氮气瓶、排气阀、压强传感器和真空泵相连接；推进剂药条固定在燃烧室内底座的凹槽内。恒压装置结构简单，气缸方便拆卸，易于清理装置中的燃烧产物，有利于装置的维护,有效地提高了测试精度。
【专利说明】
一种固体推进剂燃速测试恒压装置
技术领域
[0001]本发明涉及固体火箭发动机低压测试技术领域，具体地说，涉及一种固体推进剂燃速测试恒压装置。
【背景技术】
[0002]燃速是固体推进剂的一项核心技术指标，也是火箭发动机内弹道设计中的一项重要性能参数，因此在推进剂配方调节及批量生产时往往需要对推进剂的燃速进行测试，以确认推进剂的燃速。固体推进剂的燃速一般随压强的升高而增大，而且燃速和压强满足维也里指数规律
[0003]r = apn
[0004]式中，r为推进剂的燃速;a为燃速系数;η为燃速压强指数。因此，若要得知推进剂的燃速特性，需要测试不同压强下的燃速值，然后再通过实验值的拟合来获得燃速系数和燃速压强指数值。
[0005]固体推进剂燃速测试方法主要有恒压弹法、发动机法和密闭燃烧器法，其中恒压弹法由于具有成本低廉、测试结果准确性高、实验数据处理方便、压强范围适用性强的特点，而成为目前固体推进剂燃速测试最广泛使用的方法。恒压弹法按计时原理又可分为靶线法、声发射法及超声波法，其中，靶线法和声发射法分别是国军标GJB770B-2005中方法706.1、方法706.2中介绍的方法，其测试压强范围为I?25MPa，基本与传统推进剂的燃烧压强范围相一致，同时这两种方法均通过燃烧室与若干个体积较大的缓冲瓶相连接的方式，实现推进剂燃烧过程中燃烧室压强的恒定。
[0006]随着火箭发动机和推进剂技术的不断发展，对某些推进剂，如富氧燃料推进剂其工作压强最低可达0.2MPa左右，由于富氧燃料推进剂的燃速较高，在低压下燃气的生成速率也较大。由理想气体状态方程可知，对相同摩尔量的燃气来说压强越高，其所占的体积也越大，因此在对低压下推进剂的燃速进行测试时，一般压强波动较大，难以满足测试过程中恒压的要求。若通过增大缓冲瓶的体积及管路直径来保持恒压，则缓冲瓶的体积会非常大，使整个测试装置过于笨重。另外，对于推进剂的燃速测试通常认为压强范围为5MPa以下，最高压强5MPa是最低压强的25倍，若按最低压强下能够保持压强恒定来设定缓冲瓶的体积，则由于缓冲瓶的体积非常大，高压下的测试实验会存在稳压气体浪费严重现象。
【发明内容】
[0007]为了避免现有技术中固体推进剂低压下燃速测试过程存在压强难以恒定的问题，本发明提出一种固体推进剂燃速测试恒压装置。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括燃烧室、底座、气缸、砝码盘、支撑杆、橡胶活塞、固定螺母、弧形圆管、点火丝、点火电极、推进剂药条、密封圈，所述燃烧室为U形结构，敞口端周向侧壁凸缘上均布有四个螺孔，两个圆柱形气缸位于燃烧室两侧对称安装，燃烧室与气缸通过弧形圆管连接相通，燃烧室侧壁设有氮气充气孔、排气孔、传感器接孔和真空栗接孔，且分别与高压氮气瓶、排气阀、压强传感器和真空栗相连接;所述气缸内置有两个外径与气缸内径相同的橡胶活塞，橡胶活塞两端分别有固定螺母，通过调节两螺母的间距来调节橡胶活塞的压缩量;所述支撑杆为螺纹杆，支撑杆一端与砝码盘外底部的圆形固定凹槽螺纹连接，支撑杆另一端位于气缸内分别与两个橡胶活塞连接，两个橡胶活塞之间间距可调节;所述底座中间有凸台，凸台中心部位有方形凹槽，依底座轴心等距离外延有四个螺孔分别与燃烧室侧壁凸缘上的螺孔配合通过螺栓固连，推进剂药条固定在底座凸台的凹槽中，推进剂药条的顶端穿有点火丝，点火丝两端分别缠绕在两个点火电极上。
[0009]所述气缸沿燃烧室周向分布至少为二个。
[0010]所述底座凸台直径与燃烧室内径相同。
[0011]所述密封圈安装在底座与燃烧室侧壁凸缘连接处。
[0012]有益效果
[0013]本发明提出的固体推进剂燃速测试恒压装置，通过恒压装置的容积调节部件来使压强保持恒定，维持推进剂燃烧过程中燃烧室内压强的平稳环境;其与现有技术相比有如下特点:
[0014](I)不需要大体积的缓冲瓶来使压强保持恒定，燃烧室和气缸的体积均较小，在减少装置体积的同时也减少了稳压气体氮气的使用量，具有较好的经济效益。
[0015](2)燃烧室的尺寸较小，对成气量高的推进剂，低压下的燃速测试通过推进剂的燃烧，实现燃烧室的自增压，彻底摆脱氮气的使用，从而节省大量实验成本。
[0016](3)引入抽真空装置，可有效地排除燃烧室中空气对燃速测试结果的影响，有效提高了测试精度。
[0017](4)推进剂燃烧时一般会生成腐蚀性的氯化氢气体，常会造成装置的腐蚀。而对于富燃料推进剂的凝聚相燃烧产物较多，使管路易于堵塞而造成实验危险性增加。本发明恒压装置的管路简单，气缸方便拆卸，易于清理装置中的燃烧产物，有利于装置的维护。
【附图说明】
[0018]下面结合附图和实施方式对本发明一种固体推进剂燃速测试恒压装置作进一步详细说明。
[0019]图1为本发明固体推进剂燃速测试恒压装置示意图。
[0020]图2为图1的局部放大图。
[0021]图3为本发明固体推进剂燃速测试恒压装置的底座示意图。
[0022]图中
[0023]1.砝码2.砝码盘3.支撑杆4.气缸5.橡胶活塞6.固定螺母7.弧形圆管8.氮气充气孔9.排气孔10.燃烧室11.点火电极12.底座13.传感器接孔14.真空栗接孔15.点火丝16.推进剂药条17.密封圈
【具体实施方式】
[0024]本实施例是一种固体推进剂燃速测试恒压装置。
[0025]参阅图1、图2、图3，本实施例固体推进剂燃速测试恒压装置安装在专用台架上，以保证实验测试时装置的稳定工作。燃烧室10与底座12通过螺栓固定连接，并通过置于底座凹槽部位的密封圈17来保证燃烧室1与底座12之间的气密性。底座12中间有凸台，凸台中心部位有方形凹槽，依底座轴心等径外延有四个螺孔，且与燃烧室侧壁凸缘上的四个螺孔配合，燃烧室10与底座12通过螺栓固连。燃烧室10侧壁上分别开有氮气充气孔8、排气孔9、传感器接孔13和真空栗接孔14，且通过氮气充气孔8、排气孔9、传感器接孔13和真空栗接孔14分别与高压氮气瓶、排气阀、压强传感器和真空栗相连接。推进剂药条16固定在底座凸台上的凹槽中，推进剂药条16的顶端穿有点火丝15，点火丝15的两端分别缠绕在两个点火电极11上，通过在两个点火电极11上施加电压对推进剂药条16进行点火。燃烧室10与气缸4通过弧形圆管7连接相通。气缸4内置有两个外径与气缸内径相同的橡胶活塞5，橡胶活塞5两端分别置有固定螺母6，支撑杆3穿过橡胶活塞5与固定螺母6的内孔，通过调节两个固定螺母6的间距来调节橡胶活塞5的压缩量，实现气缸的密封;支撑杆3为螺纹杆，支撑杆3—端与砝码盘2外底部的圆形固定凹槽螺纹连接，支撑杆另一端位于气缸内分别与两个橡胶活塞5连接，两个橡胶活塞5之间间距可调节。每个气缸4内与支撑杆配有两个橡胶活塞5以保证活塞运动平稳O
[0026]实验测试时，根据推进剂燃烧气体生成量的不同，可调节与燃烧室10相连接的气缸4个数，实现对不同推进剂的燃速测试。实验测试前，在砝码盘2中添加不同重量的砝码I，测试各预定实验压强下保持气缸内活塞静止的最小砝码质量，完成实验的标定工作。实验时推进剂药条在燃烧室中燃烧，燃烧生成的气体会使气缸内活塞的受力不再平衡而向上移动，从而使燃烧室10的压强保持恒定。
[0027]实例一
[0028]本实施例采用硼含量为35%的含硼富燃料推进剂作为燃速测试的被测试件，推进剂药条尺寸为4 X 4 X 150mm的长方体，测试压强为0.2MPa下推进剂的燃速。燃烧室直径为50mm，高为200mm，气缸的数量N= 2，气缸内径do = 65mm，气缸长度Lo= 1.5m，活塞外径Di =65mm，活塞内径di = 30mm，活塞长度Li = 40mm，砝码盘中砝码质量为115kg。
[0029]恒压装置安装在专用台架上，以保证实验测试时装置的稳定工作。将燃烧室各零部件装配完成后，关闭燃烧室的高压氮气充气阀和排气阀，同时，开启真空栗，并通过真空栗对燃烧室抽真空，排出燃烧室内的空气。对与推进剂药条连接的两个点火电极施加20V的电压，点燃推进剂药条，随着推进剂药条的燃烧，燃烧室内压强由常压快速达到0.2MPa，并通过气缸内活塞的移动维持燃烧室的压强为0.2MPa至推进剂药条燃烧结束。在这种实验条件下，不需要高压氮气便可进行实验，可节约气源成本。整个恒压装置的高度不超过1.7m，便于恒压装置的装配及对砝码盘中砝码的放置。恒压装置及连接管路结构简单，便于推进剂燃烧产物的清理。而且，实验所用砝码质量较小，可实现单人操作。
[0030]实例二
[0031]本实施例采用硼含量为35%的含硼富燃料推进剂作为被测试件，推进剂药条尺寸为4X4 X 150mm的长方体，测试其压强为5MPa下推进剂的燃速。燃烧室直径为50mm，高为200mm，气缸的数量N= 2，气缸内径do = 24mm，气缸长度Lo = 1.0m，活塞外径Di = 24mm，活塞内径di= 12mm，活塞长度Li = 40mm，砝码盘中砝码质量为397kg。
[0032]将燃烧室各零部件进行装配后，关闭燃烧室的排气阀，同时，开启真空栗对燃烧室抽真空，排出燃烧室中的空气。然后打开高压氮气充气阀向燃烧室内充入氮气，当燃烧室内的压强达到5MPa时，关闭高压氮气充气阀。给两点火电极施加20V的电压，点燃推进剂药条，随着推进剂药条的燃烧，气缸内活塞不断向上移动，维持燃烧室内压强为5MPa至推进剂药条燃烧结束。由于燃烧室的体积较小，实验所用氮气量较少，气源成本较低。考虑到压强较高时砝码质量较大，气缸长度设置较小，使整个恒压装置的高度不超过1.3m，便于恒压装置的装配及大质量砝码的放置。恒压装置及连接管路简单，便于推进剂燃烧产物的清理。
[0033]实例三
[0034]本实施例采用铝含量为17%的复合推进剂作为被测试件，推进剂药条尺寸为4X4X 150mm的长方体，测试压强为IMPa下推进剂的燃速时，砝码盘中砝码质量为52kg，测试5MPa下燃速。燃烧室直径为50mm，高为200mm，气缸的数量N = 4，气缸内径do = 15mm，气缸长度Lo= 1.5m，活塞外径Di= 15mm，活塞内径di = 8mm，活塞长度Li = 40mm，砝码盘中砝码质量为342kg。
[0035]将燃烧室各部件进行装配后，关闭燃烧室的排气阀，同时，开启真空栗对燃烧室抽真空，排出燃烧室内的空气。然后打开高压氮气充气阀向燃烧室内充入氮气，当燃烧室内的压强为5MPa时，关闭高压氮气充气阀。给两点火电极施加20V的电压，点燃推进剂药条，随着推进剂药条的燃烧，气缸内活塞不断移动，维持燃烧室内压强为5MPa至推进剂药条燃烧结束。由于燃烧室的体积较小，实验所用氮气量较少，气源成本较低。考虑含铝推进剂燃烧产生的气体量较大，气缸的数量设置为4个，使气缸长度不致过长。恒压装置的高度不超过1.Sm，可方便地进行恒压装置的装配以及大质量砝码的放置。
【主权项】
1.一种固体推进剂燃速测试恒压装置，其特征在于:包括燃烧室、底座、气缸、砝码盘、支撑杆、橡胶活塞、固定螺母、弧形圆管、点火丝、点火电极、推进剂药条、密封圈，所述燃烧室为U形结构，敞口端周向侧壁凸缘上均布有四个螺孔，两个圆柱形气缸位于燃烧室两侧对称安装，燃烧室与气缸通过弧形圆管连接相通，燃烧室侧壁设有氮气充气孔、排气孔、传感器接孔和真空栗接孔，且分别与高压氮气瓶、排气阀、压强传感器和真空栗相连接;所述气缸内置有两个外径与气缸内径相同的橡胶活塞，橡胶活塞两端分别有固定螺母，通过调节两螺母的间距来调节橡胶活塞的压缩量;所述支撑杆为螺纹杆，支撑杆一端与砝码盘外底部的圆形固定凹槽螺纹连接，支撑杆另一端位于气缸内分别与两个橡胶活塞连接，两个橡胶活塞之间间距可调节;所述底座中间有凸台，凸台中心部位有方形凹槽，依底座轴心等距离外延有四个螺孔分别与燃烧室侧壁凸缘上的螺孔配合通过螺栓固连，推进剂药条固定在底座凸台的凹槽中，推进剂药条的顶端穿有点火丝，点火丝两端分别缠绕在两个点火电极上。2.根据权利要求1所述的固体推进剂燃速测试恒压装置，其特征在于:所述气缸沿燃烧室周向分布至少为二个。3.根据权利要求1所述的固体推进剂燃速测试恒压装置，其特征在于:所述底座凸台直径与燃烧室内径相同。4.根据权利要求1所述的固体推进剂燃速测试恒压装置，其特征在于:所述密封圈安装在底座与燃烧室侧壁凸缘连接处。
【文档编号】G01N31/12GK105911213SQ201610213355
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】刘林林, 胡松启, 刘元敏
【申请人】西北工业大学