一种固体推进剂定容燃烧的测试装置及测试方法
【专利摘要】本发明公开了一种固体推进剂定容燃烧的测试装置及测试方法，燃烧器与顶盖通过压螺盖固定，测压嘴和放气阀安装在顶盖上，压力传感器置于测压嘴上与测试系统连接。在燃烧器内放置推进剂及点火器，点火器点燃推进剂，燃烧产生的高温燃气使燃烧器内压强不断升高，由动态压强测试系统获得燃烧器内的P-t曲线；通过气体状态方程，获得不同时刻下推进剂烧去的质量，由于推进剂几何尺寸已知，得到不同时刻下推进剂试样烧去的肉厚et，由de/dt得到不同时刻下的燃速。通过最小二乘法求出各压强段的燃速特性参数，即得到燃速公式。测试装置结构简单，精度较高，能准确的测量连续高压下任何一个压强点下的推进剂燃速，适用于各种固体推进剂。
【专利说明】一种固体推进剂定容燃烧的测试装置及测试方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固体推进剂测试领域，具体地说，涉及一种固体推进剂定容燃烧的测试装置及测试方法。
【背景技术】
[0002]随着火箭技术的发展，固体火箭发动机的应用越来越广泛，对固体火箭发动机的设计要求也越来越高。在诸多的固体火箭发动机的性能参数中，固体推进剂的燃速性能起着非常重要的作用。而且对固体推进剂在高燃速及高压强下稳定工作的要求越来越清晰。提高固体火箭发动机工作压强是现有技术中提高火箭发动机比冲的重要方法，而进行高压强火箭发动机内弹道设计必须预先测定高压强下推进剂燃速。因此提供一种高可靠性，高精度的高压下推进剂燃速测试方法是必不可少的。目前现有的固体推进剂燃速测试方法主要有靶线法、声发射法、超声波法。
[0003]发明专利201110039791.5中公开了一种固体推进剂多靶线准动态燃烧性能测试方法，能够方便快捷的测出固体推进剂的准动态燃速，燃速压强系数和高温条件下燃速温度敏感系数，以克服现有技术测量周期较长的不足，但是靶线法通常用来测量15MPa以下的推进剂燃速特性。
[0004]声发射法通常用于测试25MPa以下推进剂燃速。在发明专利200610043161.4中提出了一种固体推进剂燃速测试系统，其涉及测试仪器【技术领域】，目的是采用该系统以提高对固体推进剂燃速的测试精度和测试效率，实现对测试数据进行管理与数据自动处理，并实现测试过程的自动化。推进剂燃速测试系统是在现有技术的基础上采用计算机技术，由燃烧室、信号采集装置、气路、水路与温度调控装置和特别设计的系统控制装置组成。但该系统较为复杂，涉及零部件较多；同时声发射法在高压强情况下存在着高压管路、高压阀门漏气，压强难以维持恒定的状态。
[0005]湖北航天技术化学研究所推出了 “一种超声法测试固体推进剂的燃速装置”，该装置须测量超声脉冲在推进剂中的反射时间，确定推进剂燃烧端面的位移，从而得到推进剂的燃烧速度。燃速装置由燃烧室、超声探头、匹配层、压力传感器、超声发射接收单元和计算机数据处理单元组成，试验采用低燃速推进剂。超声波法和声发射法测量压强基本相同，也存在高压管路、高压阀门易漏气的难题，而且结构复杂、零部件较多。
【发明内容】
[0006]为了避免现有技术存在的不足，克服其结构复杂，高压下固体推进剂测试难的问题，本发明提出一种固体推进剂定容燃烧的测试装置及测试方法；测试装置内靠推进剂自燃烧充压，不需增加管路，测试装置精度较高，能准确的测量连续高压下任何一个压强点下的固体推进剂燃速，测试装置结构简单，安装操作方便，适用于各种固体推进剂。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:测试装置包括放气阀、测压嘴、顶盖、密封圈、压螺盖、推进剂试样、燃烧器，所述燃烧器为一端封闭的圆筒形结构，燃烧器开口端外壁面周向有螺纹，燃烧器开口端沿壁端周向有凹槽，密封圈嵌入在凹槽内，顶盖固定在燃烧器开口端部，顶盖上设置有放气阀与燃烧器相连通，测压嘴位于顶盖上放气阀的侧面，且与燃烧器内部相连通，压力传感器置于测压嘴上与测试系统连接，压螺盖位于顶盖上与燃烧器通过螺纹固连。
[0008]一种采用测试装置进行固体推进剂定容燃烧测试的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0009]步骤1.确定推进剂试样形状和尺寸，并将推进剂试样及点火器放置在燃烧器内，组装定容燃烧器，确认燃烧器密封无漏气；
[0010]步骤2.打开点火器点燃推进剂试样，推进剂试样燃烧产生高温燃气，密闭的燃烧器内压强不断升高，由测压嘴上的压力传感器测量燃烧器内压强，由动态压强测试系统获得燃烧器内的P-t曲线；
[0011]步骤3.待推进剂试样燃烧完全，开启放气阀排除燃烧器内的高压燃气，使燃烧器内高温燃气彻底排放，再打开定容燃烧器；
[0012]步骤4.重复上述步骤I至步骤3，采用相同的过程进行多次实验，记录测试结果；
[0013]步骤5.通过气体状态方程，获得不同时刻下推进剂试样烧去的质量，由于推进剂试样几何尺寸已知，得到不同时刻下推进剂试样烧去的肉厚et，由dedt得到不同时刻下的燃速；
[0014]步骤6.通过最小二乘法求出各压强段的燃速特性参数一温度系数和压强指数，即得到燃速公式；固体推进剂燃速测试完成。
[0015]有益效果
[0016]本发明提出的固体推进剂定容燃烧的测试装置及测试方法，在定容燃烧器内放置确定形状和尺寸的推进剂试样及点火器，点火器点燃推进剂试样，推进剂试样燃烧产生的高温燃气使密闭的燃烧器内压强不断升高，由动态压强测试系统获得燃烧器内的P-t曲线。通过气体状态方程，获得不同时刻下推进剂试样烧去的质量，由于推进剂试样的几何尺寸已知，得到不同时刻下推进剂试样烧去的肉厚et，由dedt得到不同时刻下的燃速。通过最小二乘法求出各压强段的燃速特性参数一温度系数和压强指数，即得到燃速公式。
[0017]本发明测试装置内靠推进剂自燃烧充压，不需要增加其它管路，有效地降低了测试的复杂性；测试装置精度较高，能准确的测量连续高压下任何一个压强点下的固体推进剂燃速，测试过程简易；测试装置成本低，无需借助其它昂贵的测试元件，降低了成本，定容燃烧器可长期使用；测试装置结构简单，安装操作方便，适用于各种固体推进剂。
【专利附图】
【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定容燃烧的测试装置及测试方法作进一步详细说明。
[0019]图1为本发明固体推进剂定容燃烧的测试装置示意图。
[0020]图中:
[0021]1.放气阀2.测压嘴3.顶盖4.密封圈5.压螺盖6.推进剂试样7.燃烧器
【具体实施方式】
[0022]本实施例是一种固体推进剂定容燃烧的测试装置及测试方法。
[0023]如图1所示，本实施例测试装置由放气阀1、测压嘴2、顶盖3、密封圈4、压螺盖5、推进剂试样6、燃烧器7组成，燃烧器7为一端封闭的圆筒形结构，燃烧器7开口端外壁面周向有螺纹，燃烧器7开口端沿壁端周向加工有凹槽，顶盖3固定在燃烧器7开口端部，密封圈4嵌入在凹槽内，对燃烧器7和顶盖3之间起到密封作用；顶盖3上设置有放气阀I与燃烧器7相连通，T形结构的放气阀I与顶盖3连接部位分别加装密封圈，测压嘴2固定在顶盖3上放气阀I的侧面，且与燃烧器7内部相连通；压力传感器置于测压嘴2上与测试系统连接，压螺盖5安装在顶盖3上与燃烧器7通过螺纹固定连接。
[0024]测试装置工作流程:
[0025]首先，取一定肉厚的固体推进剂试样6及点火器放置固定在燃烧器7内，确保推进剂试样6稳定放置；装配整个测试装置，O型密封圈4放置在燃烧器7端部的凹槽内，对燃烧器7和顶盖3之间进行密封，将顶盖3固定在燃烧器7上，压螺盖5安装在顶盖3上与燃烧器7通过螺纹固定连接。确保燃烧器7密封完全，最后将压力传感器安装在测压嘴2上。测试实验完成后，须先打开放气阀I排除燃烧器7内的高压燃气，使得燃烧器7内高温燃气彻底排放；然后拆卸测试装置，将装置内部清理干净，以备下次测试使用。
[0026]基于上述测试装置进行固体推进剂定容燃烧测试的方法，其特征在于包括以下步骤:
[0027]第一步，确定推进剂试样形状和尺寸，将测量已知形状和尺寸的推进剂试样及点火器放置在燃烧器内，组装定容燃烧器，确认燃烧器密封无漏气；
[0028]第二步，打开点火器点燃推进剂试样，推进剂试样燃烧产生高温燃气，密闭的燃烧器内压强不断升高，由测压嘴上的压力传感器测量燃烧器内压强，由动态压强测试系统获得燃烧器内的p-t曲线；
[0029]第三步，待推进剂试样燃烧完全，开启放气阀排除燃烧器内的高压燃气，使得燃烧器内高温燃气彻底排放，再打开定容燃烧器；
[0030]第四步，重复上述第一步至第三步，采用相同的过程进行多次实验，记录测试结果;
[0031]第五步，通过气体状态方程，获得不同时刻下推进剂试样烧去的质量，由于推进剂试样几何尺寸已知，得到不同时刻下推进剂试样烧去的肉厚et，由dedt得到不同时刻下的燃速；
[0032]第六步，通过最小二乘法可求出各压强段的燃速特性参数一温度系数和压强指数，即得到燃速公式；
[0033]第七步，固体推进剂燃速测试实验完成后，拆卸擦拭实验装置以备下次使用。
【权利要求】
1.一种固体推进剂定容燃烧的测试装置，其特征在于:包括放气阀、测压嘴、顶盖、密封圈、压螺盖、推进剂试样、燃烧器，所述燃烧器为一端封闭的圆筒形结构，燃烧器开口端外壁面周向有螺纹，燃烧器开口端沿壁端周向有凹槽，密封圈嵌入在凹槽内，顶盖固定在燃烧器开口端部，顶盖上设置有放气阀与燃烧器相连通，测压嘴位于顶盖上放气阀的侧面，且与燃烧器内部相连通，压力传感器置于测压嘴上与测试系统连接，压螺盖位于顶盖上与燃烧器通过螺纹固连。
2.一种采用权利要求1所述测试装置进行固体推进剂定容燃烧测试的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1.确定推进剂试样形状和尺寸，并将推进剂试样及点火器放置在燃烧器内，组装定容燃烧器，确认燃烧器密封无漏气； 步骤2.打开点火器点燃推进剂试样，推进剂试样燃烧产生高温燃气，密闭的燃烧器内压强不断升高，由测压嘴上的压力传感器测量燃烧器内压强，由动态压强测试系统获得燃烧器内的P-t曲线； 步骤3.待推进剂试样燃烧完全，开启放气阀排除燃烧器内的高压燃气，使燃烧器内高温燃气彻底排放，再打开定容燃烧器； 步骤4.重复上述步骤I至步骤3，采用相同的过程进行多次实验，记录测试结果； 步骤5.通过气体状态方程，获得不同时刻下推进剂试样烧去的质量，由于推进剂试样几何尺寸已知，得到不同时刻下推进剂试样烧去的肉厚et，由dedt得到不同时刻下的燃速； 步骤6.通过最小二乘法求出各压强段的燃速特性参数一温度系数和压强指数，即得到燃速公式；固体推进剂燃速测试完成。
【文档编号】G01N31/12GK104330520SQ201410603239
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】胡松启, 刘凯, 陈静, 李葆萱, 李逢春, 张研 申请人:西北工业大学