一种固体推进剂耐久能力评估鉴定的实验装置和使用方法与流程

本发明涉及固体推进剂在定载荷作用下的耐久实验装置和方法，应用于推进剂贮存性能的评估鉴定技术领域。

背景技术：

国内评估鉴定发动机中药柱贮存性能的主要技术途径是利用推进剂方坯在高温环境中进行老化实验外推常温条件下推进剂的速率变化常数，以此来评估鉴定推进剂的贮存性能变化趋势。目前成熟的推进剂加速贮存实验方法是行业标准qj2328a-2005《复合固体推进剂高温加速老化实验方法》，该方法建立了高温加速后推进剂的贮存性能与贮存时间的关系，但该方法未考虑除温度以外的其他因素对推进剂造成的影响。实际上，发动机从生产制造、运输、勤务处理、仓库贮存直至最后发射的全过程要承受各种载荷作用，尤其是较大型的发动机药柱在贮存过程中会受到自身重力载荷的影响，发动机药柱在长期受到各种载荷形成的应力应变后，分子链断裂和微裂纹逐步发展和传播会造成药柱的损伤甚至出现裂纹，因此针对模拟发动机药柱经历的等效应力载荷需建立固体推进剂受力条件下的性能耐久能力评估鉴定方法，通过施加外力作用于推进剂来模拟发动机药柱的微裂纹发展趋势及应力条件下力学性能的耐久时间。目前国内开展该实验是利用拉伸机开展全部或部分实验，使用拉伸机实验成本高，造成资源严重浪费，而设计加工的固体推进剂耐久能力评估鉴定实验装置无需使用拉伸机，利用该装置开展实验，实验成本大幅降低，实验效率高，实验灵活，亦可在不同环境温度下进行，为开展此类实验的科研部门解决了实验装置及方法问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种固体推进剂耐久能力评估鉴定的实验装置，以解决模拟固体发动机药柱受力状态下药柱性能耐久能力及其微裂纹发展情况；同时，本发明还提供该实验装置的使用方法，以解决实验装置的使用问题。

为解决存在的技术问题，本发明采用的技术方案是：一种固体推进剂耐久能力评估鉴定的实验装置，由推进剂载荷实验装置及监测系统组成，所述的推进剂载荷装置包括支撑架、挂钩、上夹具、传感器、试样、下夹具；所述挂钩一端安装在支撑架横梁上，挂钩另一端安装连接上夹具；所述试件为标准哑铃型试件，试件上端安装在上夹具上，试件下端安装下夹具；所述传感器粘贴在试件应力敏感位置处，传感器将收集的数据传递给数据处理系统；所述下夹具下部设置有竖杆，竖杆底端带有恒重砝码；所述的监测系统包括数据处理系统和视频监控系统；所述数据处理系统监测试验过程中推进剂的应力变化；所述的视频监控系统记录实验进展情况及试验现象。

为了方便挂钩在支撑架横梁上自由调整位置，特别地，本发明所述支撑架横梁上还可以设置有沟槽，挂钩上端安装在沟槽中，挂钩可在支撑架横梁上的沟槽中自由调整位置。

为了解决施加不同应力作用的实验要求，通过加载不同数量的配重砝码来调节载荷，实验快捷，特别地，本发明所述下夹具的恒重砝码上还可以加载有配重砝码，配重砝码为有缺口的圆柱体。

为了利于试件的固定，特别地，本发明所述上夹具和下夹具方形侧面有挡板形成能够下陷的凹槽，凹槽深度不小于10mm。

本发明的支撑架高度应高于挂钩、上、下夹具、试样安装后的总高度；挂钩为起到连接夹具与支撑架的作用，挂钩一端安装在支撑架横梁的沟槽中，起到固定上夹具的作用，且可在支撑架横梁上自由调整位置；试件为行业内标准哑铃型试件；配重砝码为有缺口的圆柱体，缺口是为了将其加载到下夹具的竖杆上。

本发明的推进剂载荷装置完全替代了拉伸机的固定作用，利用传感器技术监测试件在实验过程中的应力变化；推进剂应力载荷装置采用法兰处理，防止装置生锈；推进剂载荷装置实验时在下方铺设厚度不小于3mm的导静电橡胶板，实验过程中起到掉落砝码与地面接触时的缓冲作用，在导静电橡胶板下铺设铜箔，增加导静电橡胶板的导静电能力，导静电橡胶板与地线连接。

本发明的推进剂载荷装置可依据环境要求放进满足尺寸要求的环境实验箱中开展在高温、低温环境中的综合应力实验。

本发明的实验装置的使用方法，其步骤为：

第一步骤，将试件表面粘贴传感器，待粘牢备用；

第二步骤，将实验应力换算为重量，计算加载配重砝码的规格及数量；

第三步骤，将挂钩上端安置于支撑架沟槽内，调整挂钩位置，挂钩下端连接上夹具，将标准试件一端放置于安装在上夹具中，将下夹具挂在试件下端，加载配重砝码，微调挂钩位置；

第四步骤，对实验进行标识，在实验标识牌上标明实验开始时间、实验样品名称、应力载荷和加载重量等待记录项目；

第五步骤，观察试件断裂时间，实验结束后利用数据处理系统分析试件受力过程中的应力变化趋势；

第六步骤，计算试件断裂时间，给出试验报告。

有益效果：

(1)本装置通过调节配重，施加给推进剂一定外力，用于获得推进剂在外力条件下的断裂时间，评估鉴定固体推进剂受力条件下的耐久能力；

(2)本装置适用于载荷不小于0.1mpa的推进剂载荷实验。

附图说明

图1为推进剂载荷装置示意图，其中包括支撑架7、挂钩6、上夹具5、传感器4、试件3、下夹具2、配重砝码1。

图2为上夹具5。

图3为视频监控系统8、数据处理系统9。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明：

实施例：某型号发动机用固体推进剂定载荷条件下耐久能力评估鉴定实验

实施载荷：0.25mpa

贮存温度：25±5℃；

贮存湿度：不超过70％。

如附图1所示，推进剂载荷装置包括支撑架7、挂钩6、上夹具5、传感器4、试件3、下夹具2、配重砝码1；所述支撑架7的高度为550mm，支撑架7的横梁中间为悬挂挂钩7铣出一穿透性沟槽，该沟槽沿横梁方向，长度约300mm，悬挂5枚挂钩6；所述挂钩6呈“s”型，长度为50mm，外径φ4mm，挂钩6可以顺着支撑架7的横梁沟槽的方向调整间距，防止实验中砝码之间距离较近影响试件3的承重；所述下夹具2通过一竖杆自带恒重砝码，下夹具2总重为1kg，下夹具2竖杆长度为100mm，竖杆外径为φ5mm；所述传感器4为一种传感器贴片；所述试件3上利用a胶粘贴传感器4，待传感器4牢固后使用；所述配重砝码1为以中孔弧度为10°缺口的圆柱体，配重砝码1有2种规格，规格i(高度10mm、外径为φ120mm、重量为0.5kg)和规格ii(高度20mm、外径为φ120mm、重量为1kg)。

如附图2所示，所述上夹具5、下夹具2均有一面带挡板形成的凹槽，凹槽深度为12mm，该深度能够将厚度为10mm的标准哑铃型试件3放置于夹具中，在竖直放置试件3时起到防脱落的防护作用。

所述推进剂应力载荷装置实验时在下方铺设厚度为3mm的导静电橡胶板，橡胶板下铺设铜箔，导静电橡胶板连接墙上地线。

视频监控系统9用于监控操作，所有操作均在视频监控系统9下进行，试验断裂时间可通过视频监控系统9追溯，传感器4将应力变化情况反馈到数据处理系统8中，通过数据处理系统8完成推进剂载荷实验的应力变化情况。

具体实验步骤：

第一步骤，将标准哑铃型试件3表面粘贴传感器4贴片，待粘牢备用；

第二步骤，将0.25mpa实验载荷换算为重量2.5kg，计算减掉下夹具2重量后配重砝码1的重量为1.5kg，通过计算实验中需要规格i配重砝码1枚、规格ii配重砝码1枚；

第三步骤，将挂钩6上端安置于支撑架7沟槽内，调整挂钩6位置，挂钩6下端连接上夹具5，将试件3一端安装在上夹具5中，将下夹具2挂在试件3下端，调整挂钩6间距，加载配重砝码12枚；

第四步骤，对实验进行标识，在实验标识牌上标明实验开始时间，实验样品名称，应力载荷、加载重量等待记录项目；

第五步骤，观察试件3断裂时间，工作日内未观察到，通过视频监控系统8追溯到试件3的具体断裂时间，实验结束后利用数据处理系统9分析试件加载0.25mpa后的应力变化。

第六步骤，查看视频监控系统8，计算试件断裂时间，给出试验报告。

利用该实验装置和方法，进行了多个型号发动机药柱受力状态的模拟实验，评估鉴定了推进剂在不同环境下贮存耐长期受力的能力，为型号发动机装药寿命的评估鉴定实验提供了装置和方法，补充及完善了发动机寿命评估试验方法及技术途径。