敞开式高能声束消减推进剂固化残余应力装置的制作方法

本申请涉及推进剂性能研究技术领域，尤其涉及一种敞开式高能声束消减推进剂固化残余应力装置。

背景技术：

随着航天工业在经济发展中的作用日益显著，工程应用中对航天工业安全的要求也越来越高，推进剂作为航天重要燃料，其力学性能及稳定性严重影响航天器材的运行安全。推进剂残余应力的存在，会直接导致推进剂药柱出现裂纹，诱发开裂等现象，这会直接威胁航天器材的运行安全，因此，为了保证航天器材的运行安全，需要消减推进剂内部的残余应力。

现有技术中有很多消减金属材料残余应力的装置，例如用于通过退火、回火、振动冲击等技术来消减金属材料残余应力的装置，但是对于用于非金属且存在胶体状态阶段的推进剂的残余应力的消减的装置并不多。例如，名称为基于高能声磁耦合原理的残余应力消除装置的发明专利申请(申请号为201410099482.0)公开了一种用于消除金属材料在切削、热处理、焊接等加工过程中引入的残余应力的装置。再如，名称为一种用于消除焊接残余应力的便携式振动处理装置的实用新型专利(申请号为03219437.4)公开了一种能够显著地消除焊接残余应力，提高焊接结构的承载能力和疲劳寿命的装置。上述两篇现有技术都是关于对金属材料残余应力的消减的装置，且所用到的装置都较为复杂，并且也没有公开对于非金属且存在胶体状态阶段的推进剂这种材料的残余应力的消减装置，因此，关于消减推进剂内部残余应力的研究仍是人们研究的重点课题。

技术实现要素：

本申请提供了一种敞开式高能声束消减推进剂固化残余应力装置，以有效地消减推进剂内部的残余应力，保证航天器材的运行安全。

本申请提供了一种敞开式高能声束消减推进剂固化残余应力装置，包括：

顶端开口的敞开式固化容器；

其发射口与所述敞开式固化容器的底端耦合相接的高能声束换能器；

夹紧并稳固所述高能声束换能器远离其发射口的一端的紧固装置；

所述敞开式固化容器、所述高能声束换能器及所述紧固装置三者的中心轴重合设置。

本申请所提供的高能声束消减推进剂固化残余应力装置，可以将处于液体状态或胶体状态的推进剂注入到敞口式固化容器中，待其开始固化之时，将与该敞口式固化容器的底端耦合相接的高能声束换能器开启，使该高能声束换能器发射高能声束至该敞口式固化容器中并参与到其内开始固化的推进剂的固化过程中，直至固化过程结束。在推进剂的固化过程中，持续加入对应力敏感的高能声束，一方面，根据高能声束塑性诱导效应，将高能声束的高频波动能量提供给固化过程中的推进剂，可以增强推进剂的力学性能，以足以克服并消解推进剂固化时致使其产生残余应力的能量，从而在推进剂固化时就将可能会形成的内部残余应力消减掉，进而有效地消减了推进剂内部的残余应力，有效保证了航天器材的运行安全；另一方面，高频小振幅的高能声束会使推进剂药浆的颗粒更密实，增加其表面的流平性，有助于推进剂内的气体逸出，以提高推进剂的力学性能和稳定性，从而使其减少甚至不会形成内部残余应力，以达到有效消除推进剂内部的残余应力的目的，同样保证航天器材的运行安全。顶端开口的敞开式固化容器可以缩短推进剂从液体状态或胶体状态到开始固化的等待时间，提高工作效率；再有，开启状态的高能声束换能器以及处于推进剂固化过程中的敞口式固化容器皆会有振动，该紧固装置可以抓紧高能声束换能器远离其发射口的一端，并稳固住该高能声束换能器不动摇，进而稳固住与该高能声束换能器耦合相接的敞口式固化容器不动摇，进而保证高能声束消减推进剂固化残余应力的过程有效进行，减少其他影响因素的干扰；敞开式固化容器、高能声束换能器及紧固装置三者的中心轴重合设置可以进一步保证三者稳固不易动摇，进一步保证高能声束消减推进剂固化残余应力的过程有效进行，以及进一步减少其他影响因素的干扰。

进一步的，所述敞开式固化容器为分体式结构，且各分体之间紧固密封相连。

分体式结构可以更容易、更方便且更完整地将固化后的推进剂从敞开式固化容器中取出，且省时省力，与一次性匹配的敞开式固化容器相比，分体式的敞开式固化容器还可以多次重复使用，更经济、节省成本。

更进一步的，所述敞开式固化容器为分瓣分体式结构，包括相互吻合拼接的左分体和右分体。

分瓣分体式结构与上下分体式结构相比，其各分瓣分体的两端皆分别位于该整体的两端，这种结构较方便集中夹紧，好固定，不易松散。

进一步的，所述装置还包括环绕箍紧所述敞开式固化容器的箍紧结构，以使其各所述分体彼此紧固相连。

一方面，这种箍紧结构是一种优选的紧固连接方式，可以有效达到各分体之间紧固相连的目的；另一方面，该箍紧结构可以进一步保证各分体彼此紧固相连不松散。

更进一步的，所述箍紧结构包括至少两个箍紧圈，分别环绕箍紧于所述敞开式固化容器的靠近其顶端的部位及靠近其底端的部位，

所述箍紧结构还包括至少两根拉紧螺栓，各所述拉紧螺栓的两端分别与相邻的两个所述箍紧圈相连接。

这样可以加强该敞开式固化容器两端的紧固力度，保证高能声束在消减推进剂固化过程中的残余应力的过程中，该敞开式固化容器不会松散、裂开；各拉紧螺栓的两端可以分别与相邻的两个箍紧圈相连接，以进一步稳固该箍紧圈，及进一步防止该敞开式固化容器裂开。

进一步的，所述紧固装置包括稳固支撑于所述高能声束换能器一端的支撑柱，

所述支撑柱通过夹紧机构与所述高能声束换能器远离其发射口的一端紧固连接。

该支撑柱具有体重大及不易变形的特点，其可以加强本申请实施例所提供的敞开式高能声束消减推进剂固化残余应力装置的重量，使其更稳固不易动摇。

更进一步的，所述支撑柱为内部空心设置的桶状结构，且其侧壁靠近底部的位置处设有开口，

所述高能声束换能器的电线可以伸入至所述支撑柱，并从所述开口伸出。

这样该繁乱的电线就可以隐藏在该支撑柱内，并从该支撑柱的靠下的位置处伸出，以提供给工作人员使用，这样可以使繁乱的电线放置的更规整，同时连接电线的位置更固定，方便工作人员及时使用。

更进一步的，所述紧固装置还包括设置于所述支撑柱侧壁靠近底部位置处的辅助紧固装置，

所述支撑柱侧壁靠近底部的位置环绕均匀设置有多个所述开口，所述辅助紧固装置与各所述开口夹紧固定。

这样可以进一步稳固住前述的支撑柱，防止支撑柱摇动。

进一步的，所述高能声束换能器的侧壁设置有向内凹陷的辅助装配位。

这样可以方便高能声束换能器夹紧装配。

进一步的，所述敞开式固化容器侧壁的内表面均匀涂覆有脱模剂。

这样可以使固化后的推进剂取出时更容易脱落，更好的保证推进剂的完整无损，同时可以更方便该敞开式固化容器重复多次使用。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的敞开式消减推进剂固化残余应力装置的正视图；

图2为本申请实施例所提供的敞开式消减推进剂固化残余应力装置的立体图；

图3为本申请实施例所提供的敞开式消减推进剂固化残余应力装置的剖切图；

图4为本申请实施例所提供的敞开式固化容器的正视图；

图5为本申请实施例所提供的敞开式固化容器的右分体的正视图；

图6为本申请实施例所提供的敞开式固化容器的左分体的立体图；

图7为本申请实施例所提供的支撑柱的结构示意图；

图8为本申请实施例所提供的三爪夹紧机构与支撑柱顶部连接状态的结构示意图；

图9为本申请实施例所提供的高能声束换能器的正视图；

图10为本申请实施例所提供的高能声束换能器的侧视图；

图11为本申请实施例所提供的高能声束换能器的立体图。

附图标记：

10-敞开式固化容器；

11-顶端；

111-注入口；

12-底端；

131-左分体；

132-右分体；

20-高能声束换能器；

21-发射口；

22-压电陶瓷片；

23-辅助装配位；

24-高能声束声源；

25-接触面；

30-紧固装置；

31-三爪夹紧机构；

32-支撑柱；

321-顶部；

322-侧壁；

3221-开口；

323-底部；

33-辅助紧固装置；

40-箍紧结构；

41-箍紧圈；

42-拉紧螺栓。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

如图1-3所示，本申请实施例提供了一种敞开式高能声束消减推进剂固化残余应力装置，该装置包括敞开式固化容器10、与该敞开式固化容器10耦合相接的高能声束换能器20和夹紧并稳固该高能声束换能器20的紧固装置30，该敞开式固化容器10、高能声束换能器20和紧固装置30三者依次紧固相连，且该三者的中心轴位置重合，具体该敞开式固化容器10的底端12与位于该高能声束换能器20顶部的发射口21耦合相接，该紧固装置30的顶部与该高能声束换能器20远离其发射口21的一端紧固连接。为了减少等待敞开式固化容器10内的推进剂从液体状态或胶体状态到开始固化的时间，以及加快推进剂的固化过程，以提供工作效率，本申请实施例采用该顶端11为开口的敞开式固化容器10。

本申请所提供的敞开式固化容器10可以采用金属材质或者合金材质制成，只要不与推进剂材料产生破坏其结构的反应，以及不消减高能声束在其内传播的能量即可，例如，该敞开式固化容器10可以采用铝合金材料材质制成，该材料还具有质量轻、不易变形的优点。如图9-11所示，前述的高能声束换能器20具体可以是一种超声波换能器，超声波换能器是将输入的电功率转换为机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少一部分功率的设备，该高能声束换能器20可以包括位于其顶部的发射口21和压电陶瓷片22。前述的紧固装置30具体可以是一种质量较重的夹紧机构，如图8所示，具体可以是一种质量较重的三爪夹紧机构31，以达到夹紧及稳固高能声束换能器20不动摇的效果。

与现有技术相比，本申请实施例所提供的高能声束消减推进剂固化残余应力装置，可以将处于液体状态或胶体状态的推进剂从位于顶端11的注入口111注入到敞口式固化容器10中，待该推进剂开始固化之时，将与该敞口式固化容器10的底端耦合相接的高能声束换能器20开启，使该高能声束换能器20发射高能声束至该敞口式固化容器10中，并参与到其内开始固化的推进剂的固化过程中，直至固化过程结束，该高能声束可以由图3中所示的高能声束声源24产生。在推进剂的固化过程中，持续加入对应力敏感的高能声束，一方面，根据高能声束塑性诱导效应，将高能声束的高频波动能量提供给固化过程中的推进剂，可以增强推进剂的力学性能，以足以克服并消解推进剂固化时致使其产生残余应力的能量，从而在推进剂固化时就将可能会形成的内部残余应力消减掉，进而有效地消减了推进剂内部的残余应力，有效保证了航天器材的运行安全；另一方面，高频小振幅的高能声束会使推进剂药浆的颗粒更密实，增加其表面的流平性，有助于推进剂内的气体逸出，以提高推进剂的力学性能和稳定性，从而使其减少甚至不会形成内部残余应力，以达到有效消除推进剂内部的残余应力的目的，同样保证航天器材的运行安全。顶端11开口的敞开式固化容10可以缩短推进剂从液体状态或胶体状态到开始固化的等待时间以及提高推进剂的固化速度，提高工作效率；再有，开启状态的高能声束换能器20以及处于推进剂固化过程中的敞口式固化容器10皆会有振动，该紧固装置30可以抓紧高能声束换能器20远离其发射口21的一端，并稳固住该高能声束换能器20不动摇，进而稳固住与该高能声束换能器20耦合相接的敞口式固化容器10不动摇，进而保证高能声束消减推进剂固化残余应力的过程有效进行，减少其他影响因素的干扰；敞开式固化容器10、高能声束换能器20及紧固装置30三者的中心轴重合设置可以进一步保证三者稳固不易动摇，进一步保证高能声束消减推进剂固化残余应力的过程有效进行，以及进一步减少其他影响因素的干扰。

如图4-6所示，为了更容易、更方便且更完整地将固化后的推进剂从前述的敞开式固化容器10中取出，该敞开式固化容器10可以采用分体式结构，具体可以是上下分体式结构，也可以是分瓣分体式结构，分瓣分体式结构与上下分体式结构相比，其各分瓣分体的两端皆分别位于该整体的两端，这种结构较方便集中夹紧，好固定，不易松散。上下分体式结构具体可以包括上分体和下分体两个分体，也可以包括由上至下依次相连的多个分体，分瓣分体式结构具体可以包括左分体131和右分体132两个分体，也可以包括环绕依次相连的多个分体，且各分体之间紧固密封相连，具体可以采用粘接、螺栓连接、铆接等多种紧固连接方式中的任意一种。该敞开式固化容器10不论是上下分体式结构还是分瓣分体式结构，都可以将固化后的推进剂完整无损的从该敞开式固化容器10中取出，方便且容易操作，还省时省力，与一次性匹配的敞开式固化容器10相比，该分体式的敞开式固化容器10还可以多次重复使用，更经济、节省成本。

进一步的，如图1和图2所示，本申请所提供的实施例还可以包括环绕箍紧前述分体式的敞开式固化容器10的箍紧结构40，该箍紧结构40具体可以包括箍紧圈41，环绕该敞开式固化容器10箍紧设置。一种可选的实施例是，该分体式的敞开式固化容器10只选用这种箍紧结构40来将其各分体进行紧固，这种箍紧结构40是一种优选的紧固连接方式，可以有效达到各分体之间紧固相连的目的；另一种可行的实施例是，该分体式的敞开式固化容器10可以在任一采用了前述粘接、螺栓连接、铆接等紧固连接方式后，在此基础上，再进一步采用该箍紧结构40，这样可以进一步保证各分体彼此紧固相连不松散。

一种更进一步的实施例是，前述实施例中的箍紧结构40可以包括至少两个箍紧圈41和至少两根拉紧螺栓42，该两个箍紧圈41分别环绕箍紧于该敞开式固化容器10的靠近其顶端11的部位及靠近其底端12的部位设置，这样可以加强该敞开式固化容器10两端的紧固力度，保证高能声束在消减推进剂固化过程中的残余应力的过程中，该敞开式固化容器10不会松散、裂开，各拉紧螺栓42的两端可以分别与相邻的两个箍紧圈41相连接，以进一步稳固该箍紧圈41，及进一步防止该敞开式固化容器10裂开。为了更进一步的保证该敞开式固化容器10的各分体不会裂开，可以在该敞开式固化容器10的顶端11与底端12之间再设置至少一个箍紧圈41。

一种优选的实施例是，前述的紧固装置30可以包括稳固支撑于该高能声束换能器20一端的支撑柱32，该支撑柱32具有体重大及不易变形的特点，其可以加强本申请实施例所提供的敞开式高能声束消减推进剂固化残余应力装置的重量，使其更稳固不易动摇。

前述支撑柱32可以采用钢材、水泥等材料制成，具体的，该支撑柱32可以选取45号钢材料制成，该材料强度高、韧性好、质量较重、不易变形。如图7和图8所示，该支撑柱32可以通过夹紧机构与该高能声束换能器10远离其发射口21的一端紧固连接，具体的，该夹紧机构的一侧可以夹紧该高能声束换能器20远离其发射口21的一端，另一侧与该支撑柱32的顶部321紧固连接，该夹紧机构具体可以是三爪夹紧机构31。

一种更优选的实施例是，如图2所示，前述支撑柱32可以为内部空心设置的桶状结构，且其侧壁322靠近底部323的位置处可以设有开口3221，该高能声束换能器20的电线可以伸入至该支撑柱32中，并从该开口3221伸出。这样该繁乱的电线就可以隐藏在该支撑柱32内，并从该支撑柱32的靠下的位置处伸出，以提供给工作人员使用，这样可以使繁乱的电线放置的更规整，同时连接电线的位置更固定，方便工作人员及时使用。

为了进一步防止前述的支撑柱32摇动，该紧固装置30还可以包括设置于该支撑柱32侧壁322靠近底部323位置处的辅助紧固装置33，该辅助紧固装置33用于夹紧固定该支撑柱32，对应的，前述设置于该支撑柱32靠近底部323的位置处的开口3221可以环绕该支撑柱32均匀设置多个，该辅助紧固装置33的各夹紧部件分别与各开口3221夹紧固定。

如图9-10所示，为了方便高能声束换能器20夹紧装配，如方便使用虎钳夹紧工具夹紧，其侧壁可以设置有向内凹陷的辅助装配位23，该辅助装配位23可以对称设置两个。再有，该高能声束换能器20的顶部(即设有发射口的一端)和与其耦合相接的敞开式固化容器10的底部要充分接触，并将、耦合剂均匀涂覆在该敞开式固化容器10与该高能声束换能器20相接触的接触面25上，以保证高能声束全面、有效的射入至固化中的推进剂中。

为了使固化后的推进剂取出时更容易脱落，更好的保证推进剂的完整无损，同时可以更方便该敞开式固化容器10重复多次使用，该敞开式固化容器10侧壁的内表面可以均匀涂覆有脱模剂。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。