CN111948334B - 一种推进剂燃烧速度测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种推进剂燃烧速度测试装置，装置主要包括光靶测试模块、推进剂样品、高压燃烧室，点火控制模块、供气与压力控制模块、数据采集模块。其中光靶测试模块包括激光器、光纤、光电传感器和固定靶板，用于测试过程中激光信号的发射和采集。供气与压力控制模块主要为燃烧室提供惰性气体环境并进行压力控制。数据采集模块主要用于数据采集与处理。与传统的靶线法相比，该装置具有安全性高、测试快速、无干扰、测试精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体推进剂燃烧速度测试装置，适用于固体推进剂燃烧速度的测试和分析。
背景技术
固体推进剂的燃烧性能是直接影响到火箭发动机弹道性能的重要因素，燃烧速度的高低决定了发动机的工作时间和飞行速度。燃烧速度是固体推进剂燃烧性能的一个重要参数，是各类发动机和武器系统选用推进剂时所参考的重要指标。推进剂燃烧速度的准确可靠、安全快速测量是推进剂配方研究及其应用研究的重要环节。
表征固体推进剂燃烧速度的通用手段为靶线法。固体推进剂燃速测试实验教学研究[J].教育教学论坛，2016，6：246-247公布了一种靶线法燃速测试方法，他是将包覆的试样钻孔穿入靶线，在规定的试验压强和温度下，记录试样在氮气中燃尽靶距长度所需的时间，计算出燃速。这种方法需要在推进剂上钻孔，存在一定的安全风险，钻孔还损坏了推进剂的结构影响了推进剂的燃烧速度，测试效率也不高。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的推进剂燃烧速度测试装置，克服现有固体推进剂燃烧速度测试会破坏推进剂本身结构导致测试结果有偏差的问题。通过在固定靶板上预置出光孔和采光孔，可取代传统靶线法在推进剂上的钻孔过程，有效避免了测试过程中对推进剂的机械刺激，测试精度高。
为此，本发明采取如下技术手段
一种推进剂燃烧速度测试装置，包括高压燃烧室、第一光靶测试模块和第二光靶测试模块，在所述高压燃烧室内进行推进剂燃烧，所述第一光靶测试模块和第二光靶测试模块平行等距位于高压燃烧室内的推进剂两侧；
所述第一光靶测试模块包括第一固定靶板，第一固定靶板上预置有系列出光孔；所述第二光靶测试模块包括第二固定靶板，第二固定靶板对应系列出光孔的位置处预置有系列入光孔；所述系列出光孔射出的光随着推进剂的燃烧被系列入光孔捕捉，以此记录推进剂燃尽靶距长度所经历的时间。
进一步，所述第一光靶测试模块还包括激光器和光纤；所述激光器发出的光经光纤传输并从系列出光孔射出。
所述第二光靶测试模块还包括光电传感器，光电传感器位于系列入光孔内；随着推进剂燃烧，第二固定靶板的光电传感器感应射出的光。
系列出光孔或系列入光孔之间相间10-50mm距离，系列出光孔或系列入光孔的直径为2-5mm。
进一步，还包括点火控制模块，所述点火控制模块包括直流点火电源、输出电极和点火线，推进剂直立于高压燃烧室内，推进剂上表面与点火线接触。
进一步，还包括供气与压力控制模块，用于提供惰性气体环境、调节高压燃烧室内压力及排出燃烧产生的废气。
更进一步，所述的供气与压力控制模块包括高压气瓶、排气系统和压力反馈与调节系统；高压气瓶与高压燃烧室的进气口相连，是高压燃烧室的高压源；排气系统与高压燃烧室的出气口相连，用于排除推进剂燃烧产生的废气；压力反馈与调节系统连接在排气管路中间，调节高压燃烧室压力至设定压力。
进一步，还包括数据采集模块，用于采集推进剂燃尽靶距长度所经历的时间、存储与计算推进剂燃烧速度。
本发明的优点在于：
该装置采用激光代替传统的靶线，省去了穿靶线、固定靶线、连接导线等过程，具备快速高效的优点，同时安全性高。
该装置采用的燃烧测试方法为非接触法，不会对推进剂的结构造成破坏，也不会影响推进剂的燃烧过程，也可有效避免人为因素造成测试不准的问题，具有无干扰、测试精度高的优点。
附图说明
图1为固体推进剂燃烧速度测试装置示意图。
图2为光靶测试模块示意图。
图中，1-第一光靶测试模块，2-推进剂样品，3-高压燃烧室，4-点火控制模块，5-供气与压力控制模块，6-数据采集模块，7-电源，8-激光器，9-光纤、10-第一固定靶板，11-光电传感器，12-第二光靶测试模块，13-第二固定靶板。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步解释说明。
需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1：
本实施例提供一种推进剂燃烧速度测试装置，由第一光靶测试模块1，第二光靶测试模块12，推进剂样品2，高压燃烧室3，点火控制模块4，供气与压力控制模块5和数据采集模块6组成。
所述的第一光靶测试模块1由电源7、激光器8、光纤9、第一固定靶板10组成，所述的第二光靶测试模块12由电源、第二固定靶板13和光电传感器11组成，两侧的固定靶板上都在相间一定距离处预置有系列出光孔和采光孔，两侧靶板上的小孔位置一一对应，确保从出光孔发射出的光能正好进入到相应位置处的采光孔。光靶测试模块的主要作用记录固体推进剂燃面退移至光靶位置的时间。
所述的推进剂样品2为固体推进剂样品，其外表面有包覆层，推进剂直立于燃烧室内，上表面与点火线接触。
所述的高压燃烧室3由燃烧室腔体和密封盖组成，推进剂样品和光靶测试模块置于燃烧室内。
所述的点火控制模块4为直流点火电源，其输出电极通过点火线分别连接至点火线的两端。
所述的供气与压力控制模块5由高压气瓶、排气系统和压力反馈与调节系统组成，压力反馈与调节系统可以根据需要调节燃烧室压力至设定压力。
所述的数据采集模块6由数据采集软件和电脑组成，主要用于数据的采集、存储与处理。
该装置的使用方法为：
第一步：将包覆好的固体推进剂样品竖直固定于高压燃烧室内的样品托上，将点火丝固定于推进剂上端，点火丝通过点火线接到点火控制模块的接线柱上；
第二步：打开激光器，检查光靶测试模块的出光情况，微调推进剂样品的位置确保所有透过出光孔的激光都被推进剂样品挡住；
第三步：盖上燃烧室的密封盖，打开供气与压力控制模块，调节燃烧室压力至指定值；
第四步：打开数据采集模块启动数据采集；
第五步：启动点火控制模块开始点火；
第六步：在数据采集模块上查看分析固体推进剂的燃烧速度。
实施例2：
如图1所示，固体推进剂燃烧速度测试装置由第一光靶测试模块1，第二光靶测试模块12、推进剂样品2、高压燃烧室3、点火控制模块4、供气与压力控制模块5和数据采集模块6组成。
所述的光靶测试模块1，激光器8的波长为680nm,出光模式连续，出光功率为20mW。激光器输出的光通过一进三出的光纤9等分为3等分，光电传感器11为中心波长为680nm的窄带光电传感器。两侧的靶板均预置有3个间距为20mm且直径为2mm的小孔，出光的光纤固定在一侧靶板上，光电传感器固定在另一侧靶板上。调节两个靶板的相对位置，确保未放置推进剂时从一个靶板出光孔发射出的光都能进入到另一侧靶板上相应位置的采光孔中。
所述的推进剂样品2为长方条状，尺寸为5mm×5mm×150mm，推进剂外表面包覆有一层聚乙烯醇。
所述的高压燃烧室3为不锈钢材质，体积为1.5L，密封盖通过螺纹和垫片密封，工作压力为0.1-20MPa。
所述的点火控制模块4为直流电源，其输出电极通过点火线连接至镍镉点火丝上，点火丝与推进剂上表面相接触。
所述的供气与压力控制模块5包括高压气瓶、压力表、手动阀和电磁阀，通过调节阀门大小将燃烧室压力设定为7MPa。
所述的数据采集模块6由电脑和控制软件组成，数据采集模式为连续，可设置起始和终止采集时间，也可进行数据记录和处理。
本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似的结构，而得到的其他结构设计，均在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种推进剂燃烧速度测试装置，其特征在于，包括高压燃烧室(3)、第一光靶测试模块(1)和第二光靶测试模块(12)，在所述高压燃烧室(3)内进行推进剂燃烧，所述第一光靶测试模块(1)和第二光靶测试模块(12)平行等距位于高压燃烧室内的推进剂两侧；
所述第一光靶测试模块(1)包括第一固定靶板(10)，第一固定靶板(10)上预置有系列出光孔；
所述第二光靶测试模块(12)包括第二固定靶板(13)，第二固定靶板(13)对应系列出光孔的位置处预置有系列入光孔；
所述系列出光孔射出的光随着推进剂的燃烧被系列入光孔捕捉，以此记录推进剂燃尽靶距长度所经历的时间；
所述第一光靶测试模块(1)还包括激光器(8)和光纤(9)；所述激光器(8)发出的光经光纤(9)传输并从系列出光孔射出；
所述第二光靶测试模块(12)还包括光电传感器(11)，光电传感器(11)位于系列入光孔内；随着推进剂燃烧，第二固定靶板(13)的光电传感器(11)感应射出的光；
所述系列出光孔或系列入光孔之间相间10-50mm距离，系列出光孔或系列入光孔的直径为2-5mm；
所述推进剂燃烧速度测试装置还包括点火控制模块(4)，所述点火控制模块(4)包括直流点火电源、输出电极和点火线，推进剂直立于高压燃烧室(3)内，推进剂上表面与点火线接触；
所述推进剂燃烧速度测试装置还包括供气与压力控制模块(5)，用于提供惰性气体环境、调节高压燃烧室(3)内压力及排出燃烧产生的废气；
所述的供气与压力控制模块(5)包括高压气瓶、排气系统和压力反馈与调节系统；高压气瓶与高压燃烧室(3)的进气口相连，是高压燃烧室(3)的高压源；排气系统与高压燃烧室(3)的出气口相连，用于排除推进剂燃烧产生的废气；压力反馈与调节系统连接在排气管路中间，调节高压燃烧室(3)压力至设定压力。
2.如权利要求1所述推进剂燃烧速度测试装置，其特征在于，还包括数据采集模块(6)，用于采集推进剂燃尽靶距长度所经历的时间、存储与计算推进剂燃烧速度。
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