固體推進劑燃燒特性實驗系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于火箭發(fā)動機推進劑實驗技術(shù)領(lǐng)域，涉及固體推進劑燃燒特性實驗系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前針對推進劑在不同應(yīng)力載荷、不同形變條件下的實際燃燒性能和規(guī)律的研宄手段仍比較缺乏。尚無在對推進劑精確加載應(yīng)力的情況下，進行燃燒實驗的裝置。一般對此類問題的研宄方法主要是單獨對推進劑進行燃燒性能實驗，或推進劑燃燒或結(jié)構(gòu)進行數(shù)值計算。
[0003]比較典型的關(guān)于此類問題的試驗方法主要是將推進劑經(jīng)過自然或人工加速儲存，然后對推進劑取樣進行物理性能和力學(xué)性能測試，如燃速、密度和抗拉強度等性能測試。這種方法的不足之處是不能模擬推進劑在應(yīng)力作用下進行性能測試，無法準(zhǔn)確的模擬真實工況。
[0004]比較典型的數(shù)值計算方法是使用三維線性粘彈性模型，研宄推進劑不同載荷下工況的應(yīng)力形變和變形情況。這種方法能夠指出藥柱內(nèi)危險部位的位置，為實際結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一定參考。不足之處是沒有考慮燃燒，同時沒有實驗數(shù)據(jù)對其進行檢驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種固體推進劑受力狀態(tài)燃燒特性實驗系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能模擬固體推進劑在應(yīng)力作用下進行性能測試，無法準(zhǔn)確的模擬真實工況來進行燃燒特性研宄的問題。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，固體推進劑燃燒特性實驗系統(tǒng)，包括力矩輸出裝置，力矩輸出裝置的輸出軸通過擠壓裝置連接有固體推進劑，力矩輸出裝置帶動擠壓裝置實現(xiàn)對固體推進劑的壓縮或拉伸；力矩輸出裝置還通過數(shù)據(jù)采集裝置連接有控制主機，數(shù)據(jù)采集裝置用于采集固體推進劑的形變信息；控制主機用于接收數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的形變信息，并根據(jù)接收到的形變信息來調(diào)整力矩輸出裝置對固體推進劑的壓縮量或拉伸量；固體推進劑和擠壓裝置的外部密封設(shè)置有燃燒腔室，燃燒腔室上設(shè)有用于采集固體推進劑燃燒狀態(tài)的圖像采集裝置。
[0007]進一步的，擠壓裝置包括與力矩輸出裝置輸出軸連接的絲杠，絲杠的自由端依次連接有運動板、固體推進劑和位置固定的后固定板，固體推進劑被后固定板和運動板夾緊，力矩輸出裝置依次帶動絲杠和運動板相對于后固定板作往復(fù)運動以實現(xiàn)對固體推進劑的壓縮或拉伸。
[0008]進一步的，運動板靠近力矩輸出裝置的一側(cè)設(shè)置有前固定板，前固定板和后固定板之間通過兩條平行的導(dǎo)軌連接，運動板可沿著導(dǎo)軌作往復(fù)運動。
[0009]進一步的，數(shù)據(jù)采集裝置包括黏貼在固體推進劑上用于采集其形變信息的應(yīng)變片和連接至控制主機的應(yīng)變信號接收器。
[0010]進一步的，數(shù)據(jù)采集裝置還包括位移傳感器，位移傳感器的讀數(shù)頭緊貼運動板，位移傳感器通過讀數(shù)頭采集固體推進劑受壓縮或拉伸時產(chǎn)生的形變量。
[0011]進一步的，力矩輸出裝置為電機，數(shù)據(jù)采集裝置包括設(shè)置在電機上用于采集電機轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速的電機編碼器。
[0012]進一步的，絲杠依次通過鉸鏈和聯(lián)軸器連接至力矩輸出裝置的輸出軸，力矩輸出裝置通過滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)連接至位置固定的底座上，力矩輸出裝置通過滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)實現(xiàn)相對于底座的直線往復(fù)運動。
[0013]進一步的，燃燒腔室的一側(cè)連接有用于排出燃燒氣體的噴管。
[0014]進一步的，圖像采集裝置包括在燃燒腔室外壁上開設(shè)的觀察窗，以及在觀察窗旁設(shè)置的高速攝影機。
[0015]本發(fā)明的有益效果是，通過力矩輸出裝置可以實現(xiàn)對固體推進劑的任意拉升量或壓縮量的準(zhǔn)確控制，使推進劑能夠在規(guī)定的應(yīng)力載荷和形變量下進行燃燒性能實驗，且對固體推進劑形變量的控制精度可達到0.002mm，該發(fā)明填補了固體推進劑在受到壓縮或拉升時，燃燒性能實驗研宄的空白。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明固體推進劑燃燒特性實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中，1.底座，5.電機，6.電機編碼器，7.聯(lián)軸器，8.鉸鏈，9.位移傳感器，10.讀數(shù)頭，11.控制主機，13.應(yīng)變信號接收器，14.燃燒腔室，15.觀察窗，16.噴管，17.固體推進劑，18.后固定板，20.運動板，21.導(dǎo)軌，22.前固定板，23.絲杠，24.高速攝像機。
【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
[0019]本發(fā)明提供了一種固體推進劑燃燒特性實驗系統(tǒng)，如圖1所示，包括力矩輸出裝置，力矩輸出裝置的輸出軸通過擠壓裝置連接有固體推進劑17，力矩輸出裝置帶動擠壓裝置實現(xiàn)對固體推進劑17的壓縮或拉伸；力矩輸出裝置還通過數(shù)據(jù)采集裝置連接有控制主機11，數(shù)據(jù)采集裝置用于采集固體推進劑17的形變信息；控制主機11用于接收數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的形變信息，并根據(jù)接收到的形變信息來調(diào)整力矩輸出裝置對固體推進劑17的壓縮量或拉伸量；固體推進劑17和擠壓裝置的外部密封設(shè)置有燃燒腔室14，燃燒腔室14上設(shè)有用于采集固體推進劑17燃燒狀態(tài)的圖像采集裝置。
[0020]其中，擠壓裝置包括與力矩輸出裝置輸出軸連接的絲杠23，絲杠23的自由端依次連接有運動板20、固體推進劑17和位置固定的后固定板18，固體推進劑17被后固定板18和運動板20夾緊，力矩輸出裝置依次帶動絲杠23和運動板20相對于后固定板18作往復(fù)運動以實現(xiàn)對固體推進劑17的壓縮或拉伸。
[0021]絲杠23依次通過鉸鏈8和聯(lián)軸器7連接至電機5的輸出軸，電機5通過滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)連接至位置固定的底座I上，電機5通過滑塊導(dǎo)軌機構(gòu)實現(xiàn)相對于底座I的直線往復(fù)運動。
[0022]用鉸鏈8將電機與絲杠23連接，打開電機5供給電源220V，使用控制觸摸屏12輸入需要的固體推進劑17形變量，控制電機5運動，通過絲杠23使固體推進劑17的形變量達到實驗設(shè)計要求。然后再斷開鉸鏈8與絲杠23的連接，密封燃燒腔室14開始燃燒實驗，使用高速攝影機24在觀察窗15處記錄燃燒影像。
[0023]運動板20靠近電機5的一側(cè)設(shè)置有前固定板22，前固定板22和后固定板18之間通過兩條平行的導(dǎo)軌21連接，運動板20可沿著導(dǎo)軌21作往復(fù)運動。
[0024]絲杠23與運動板20的接合處使用51104型單向推力球軸承相連，在運動板20和導(dǎo)軌21之間使用LB10192型直線球軸承連接。固體推進劑17固定在運動板20和固定板18之間，且將固體推進劑17輕微夾緊。
[0025]力矩輸出裝置通常為電機5，控制主機11連接有觸摸屏，使用NOVA MCX314運動控制芯片6和PC控制主機連接11。電機5通過控制主機11或觸摸屏來實現(xiàn)對固體推進劑17形變和應(yīng)力的預(yù)先設(shè)定。使用鉸鏈8帶動絲杠23，將電機5的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為絲杠23的平動，絲杠23帶動運動板20向固體推進劑17施加應(yīng)力載荷。固體推進劑17兩側(cè)被固定連接在運動板20和后固定板18之間，運動板20可以靠近或遠離固體推進劑17方向運動，以實現(xiàn)對固體推進劑17的壓縮或拉伸。
[0026]當(dāng)對固體推進劑17施加的應(yīng)力載荷滿足需要后，可將絲杠23和鉸鏈8分離，以避免燃燒腔室14內(nèi)劇烈的高溫傳遞至電機5使其燒毀。同時，通過對絲杠23螺紋升角的合理設(shè)計，可實現(xiàn)運動板20反向運動的自鎖。
[0027]燃燒腔室14的一側(cè)連接有用于排出燃燒氣體的噴管16，燃燒腔室14的殼體材料采用45#鋼，總長360mm，圖像采集裝置包括在燃燒腔室14外壁上開設(shè)的觀察窗15，以及在觀察窗15外設(shè)置的高速攝影機2