一种固体推进剂点火、燃速一体化测试装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种固体推进剂点火和燃烧性能测试装置，属于测试技术领域。
【背景技术】
[0002] 固体推进剂的点火是在能量作用下固体推进剂局部表面的温度升高到发火点W 上，并使该处发生燃烧，进而传播到整个装药的燃烧面使其发生燃烧的过程。点火是固体推 进剂燃速的初始阶段，点火是否可靠直接影响到固体推进剂燃烧的均匀性，是否正常燃烧 W及发动机燃烧室内是否产生过高的一次压力峰等。所W，推进剂都必须具备良好的点火 性能，W保证武器装备正常工作。因此，对固体推进剂的点火难易度进行评价是固体推进剂 设计、生产的一个重要环节。
[0003] 固体推进剂的燃烧速度是指单位时间内沿固体推进剂表面的法线方向上固相消 失的距离，简称固体推进剂的燃速。它决定着固体推进剂能量的释放速度，也是计算固体推 进剂其它燃烧性能（燃速压强指数、燃速温度敏感系数、侵蚀比等）的核屯、参量。无论燃烧 时压强、初温、气流速度等影响因素的变化，最终都将反映在燃速的变化上。此外，它还直接 影响火箭发动机的弹道性能、飞行速度和工作稳定性等。因此，固体推进剂的燃速是武器所 要求的重要性能参数之一，研究燃速及燃速受影响因素的变化规律，可W为固体火箭发动 机和装药设计者提供重要的设计参数。
[0004] 现有的固体推进剂点火性能测试装置和燃速测试装置只是分别对点火过程和燃 烧速度进行测试，固体推进剂的点火和燃烧是一个连续发生的过程，进行点火测试时必须 经过点火过程使固体推进剂达到燃烧状态为止，进行燃烧速度测试时必须点燃固体推进剂 后才能进行正常测试，所W可W在固体推进剂点火燃烧过程中对其点火延迟时间和燃烧时 间同时测试，设计出一种对固体推进剂点火特性和燃烧特性同时测试的简单、高效、快捷的 一体化测试装置，W缩短固体推进剂的科研、生产周期，提高工作效率。
【发明内容】
[0005] 为了克服现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种能够方便、快捷地同时测 出固体推进剂激光点火性能和燃烧性能的多功能一体化测试装置。
[0006] 本发明提供的固体推进剂点火、燃速一体化测试装置，包括燃烧室及配气单元、激 光发射与光信号接收单元和测控单元。可对常见的固体推进剂如双基推进剂、改性双基推 进剂、复合推进剂等进行激光点火性能和燃烧性能进行测试，也可用于盛于管状容器中的 未固化推进剂药浆、凝胶推进剂和膏体推进剂进行激光点火性能和燃烧性能进行测试。
[0007] 所述的燃烧室及配气单元用于提供固体推进剂试样燃烧的场所W及测试时所需 要的初始压强和初始温度环境，包括燃烧室、半导体温度控制装置、高压氮气瓶、缓冲氮气 瓶、真空累W及氮气增压累、试样支架。燃烧室有进气排气孔、应急排气孔和压力温度传感 器安装孔，燃烧室外壁贴有半导体制热制冷装置，用来保持燃烧室温度，缓冲氮气瓶和高压 氮气瓶用来给燃烧室提供初始压强，氮气增压累用来给缓冲氮气瓶和高压氮气瓶增压；燃 烧室顶部有一可打开的顶盖，顶盖中央镶嵌透镜，用于激光进入。燃烧室侧壁开有圆形视 窗，内装耐压石英玻璃。燃烧室底端有试样支架，用于固定被测药条。燃烧室顶盖、试样支 架和燃烧室一起组成一个密闭的压力容器系统，燃烧室的排气孔外还可连接真空压缩累， 用W进行真空环境下测试。
[0008] 所述的激光发射与光信号接收单元用于提供点火测试所需的激光器及其光路系 统W及探测固体推进剂点火燃烧过程中发光强度的大小和持续时间，包括C〇2激光器、激光 光路能量优化系统、全反射棱镜、光电探测器、激光功率计。C〇2激光器用于提供固体推进剂 点火所需能量，光路能量优化系统用于光束匀化器将高斯光束匀化成平行光束，使激光光 强分布均匀。激光功率计用于测试照射在固体推进剂点火表面上的激光的能量。光电探测 器用来将燃烧室内固体推进剂点火燃烧时发射的可见光的强度信号转换为电信号。全反射 棱镜用于改变激光方向。
[0009] 所述的测控单元包括信号放大器、同步数据采集卡、温度传感器、压力传感器、点 火信号同步装置、I/O控制卡、同步数据采集卡、计算机及测控软件。
[0010] 所述的测控单元用于对测试过程进行控制燃烧室的初始温度和压强，点火同步控 制操作，探测燃烧室的温度、压强W及固体推进剂点火燃烧过程的实时发光强度，接收可见 光光强度信号进行放大、A/D转换、通信，实施数据采集、处理、分辨点火和燃烧过程确定点 火延迟时间W及燃烧时间、计算测试结果并存储等功能。所述的测控软件用于实现对系统 实时测控和数据分析处理软件两大功能，包括如下模块：系统模块、控制模块、测量模块、数 据处理模块和数据管理模块。系统模块主要进行初始测试参数和测试数据采集参数的设 定。控制模块主要进行压力控制、温度控制和点火同步控制操作。测量模块主要用于固体 推进剂点火延迟时间和燃烧时间的测试，主要进行压力采样、温度采样、采样波形显示、波 形曲线绘制和数据保存的操作。数据处理模块主要进行测试数据有效性判别、最小点火能 量计算、燃速计算、燃速压力指数计算和打印报告单等操作。数据管理模块主要进行结果存 储、结果检索和检测结果导出等操作。
[0011] 所述数据采集卡具有多路高速数据采集功能和多路开关量输入输出功能。
[0012] 本发明具有下述优点：
[0013] 1、本测试装置兼具固体推进剂激光点火测试系统和固体推进剂静态燃速测试系 统的全部功能，可W实现在一次点火燃烧过程中同时进行固体推进剂点火延迟时间和燃烧 速度的测试。
[0014] 2、现有的激光点火测试装置都不具备在高低温下环境中测试固体推进剂点火特 性的功能，本发明可在燃烧室模拟固体推进剂在实际应用中可能遇到的高温、高寒环境，用 来研究极端高低温条件对固体推进剂点火性能的影响。
[0015] 3、本测试装置测试固体推进剂燃速采用光信号发射法，通过记录固体推进剂被点 燃后的燃烧火焰可见光强强到一定大小后持续的时间，W此来计算静态燃速。与目前通用 的水下声发射静态燃速测试方法相比，该方法克服了测试系统周围各种背景噪声对燃速测 试过程和结果的影响，非常适用于复杂背景噪声和高压下的燃速测试工作。
[0016] 4、与现有的水下声发射燃速测试系统相比，本测试装置处理的是光信号，具有响 应快、信号稳定的特点，可进行高燃速乃至超高燃速固体推进剂的燃速测试。在进行常规燃 速固体推进剂测试时，可W适当减小被测试样药条的长度，节约成本。
[0017] 5、本测试装置是在合并现有的固体推进剂激光点火测试装置和燃速测试装置基 础上，通过对燃烧室系统进行改进后得出，在实际操作中易于实现。
【附图说明】
[001引图1系统结构示意图，[1]高压氮气瓶、巧]缓冲氮气瓶、[引高压气阀、[句缓冲 气阀、[引排气阀、[6]C02激光器、[7]激光光路能量优化系统、[引燃烧室、[9]半导体温度 控制装置、[10]压力传感器、[11]燃烧室顶盖、[12]温度传感器、[13]试样支架、[14]光 电探测器、[1引阀口控制驱动电路、[16]点火信号同步装置、[17]控制柜、[1引信号放大 器、[19]I/O控制卡、[20]同步数据采集卡、[21]计算机及测控软件、[22]固体推进剂试样、 巧3]真空累、[24]全反射棱镜、[24]氮气增压累。
[0019] 图2测控软件主要功能模块示意图。
[0020] 图3装置工作流程简图。
【具体实施方式】
[0021] 如图1，本发明由燃烧室及配气单元，激光发射与光信号接收单元和测控单元=部 分组成。燃烧室及配气单元为固体推进剂试样点火燃烧提供所需的测试环境；激光发射与 光信号接收单元用于进行激光光束的控制，并对固体推进剂点火燃烧过程的可见光信号进 行采集；测控单元用于控制燃烧室的初始温度和压强，点火操作，对光电探测器信号进行采 集、处理、计算测试结果并存储。
[0022] 燃烧室及配气单元是该系统的机械装置，包括燃烧室8、半导体温度控制装置9、 高压氮气瓶1、缓冲氮气瓶2、真空累23W及相关的阀口管路、氮气增压累24、试样支架13。 燃烧室8为固体推进剂燃烧提供所要求的燃烧环境，在其顶部为一可单向打开的燃烧室顶 盖11，顶盖中央有一直径为10mm的孔，内装错玻璃，用于激光进入。在燃烧室的侧壁有一直 径为100mm的圆形视窗，内装耐压石英玻璃。其内部还设计有紧急排气孔，当燃烧室8压强 超过警戒值后，紧急排气孔会自动开启泄压。燃烧室8外部贴有半导体制冷制热片，最外层 W夹套保护，用于对燃烧室8内温度的进行控制。燃烧室8内部通过高压气路管道与缓冲 氮气瓶2、高压氮气瓶1W及排气管相连，缓冲氮气瓶2、高压氮气瓶1W及排气管与燃烧室 8连通的管道上均安装有电磁气动阀控制气路的通断，排气孔与实验室外连通，通过控制电 磁气动阀和排气孔的通断来实现对燃烧室8压强的控制。氮气增压24累用来给缓冲氮气 瓶2和高压氮气瓶1充压。排气管还可W与真空累23连接，用W测试固体推进剂在超低压 或真空环境下的点火和燃烧性能。燃烧室8下方有试样支架13开口，试样支架13可W使 被测固体推进剂试样22垂直立固定于燃烧室8的中屯、轴线上，使被测固体推进剂试样22 上表面接受激光照射，试样支架13可调节试验高低，使固体推进剂试样22与燃烧室8侧壁 的视窗平齐，试样支架13与燃烧室8 -起组成一个密闭的压力容器系统。
[0023] 激光发射与光信号接收单元包括C〇2激光器6、激光功率计、激光光路能量优化系 统7、全反射棱镜24、光电探测器14等。C〇2激光器6用于提供固体推进剂试样22点火所需 能量，输出波长10. 6ym，功率0~250W，脉冲能量lOmJ/pulse，脉冲频率1-25曲Z(可调）， 脉宽lus~10ms，光路能量优化系统7用光束匀化器将高斯光束匀化成平行光束，使激光光 强分布均匀。激光功率计用于测试照射在固体推进剂试样22点火表面上的激光的能量，测 试范围0~300W。光电探测器14用来将燃烧室8内固体推进剂试样22点火燃烧时发射的 可见光的强度信号转换为电信号，响应时间5ns。全反射棱镜24为直角棱镜，用于改变激光 光束方向。
[0024] 测控单元包括信号放大器18、同步数据采集卡20、温度传感器12、压力传感器10、 点火信号同步装置16、I/O控制卡19、同步数据采集卡20、计算机及测控软件21信号放大 器18用于将光电探测器14得到的电信号进行前置放大，送入同步数据采集卡20进行处 理。温度传感器12和压力传感器10用于测定燃烧室8内初