CN103439360B - 固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统和方法；该方法采用多热电偶燃速测试系统，既可以进行动态燃烧性能测试，也可以进行静态测试，两种测量方式切换方便。得到燃速-压强和燃速-温度的变化关系，计算燃速压强指数和燃速温度敏感系数。小剂量的测试就可评价被测试推进剂在相应压强温度变化范围内的燃烧性能，非常适用于在推进剂生产过程中对每一批产品进行快速性能检测、质量控制等工作。与常用的燃速测试系统相比，该系统缩短了推进剂的研制生产周期，降低了原材料消耗，减少了人工操作，节约了成本。

Description

固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统和方法

技术领域

本发明涉及一种固体推进剂动态燃烧性能测试系统，特别是固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统和方法。

背景技术

在固体推进剂的研制和生产中，以及固体发动机研制初期，推进剂燃速及其燃速压强指数、燃速温度敏感系数等技术参数，直接影响着火箭发动机的内弹道性能、飞行速度和稳定工作。现有测量静态燃速特性检测主要采用氮气靶线法或水下声发射法。这两种方法都是在恒定压强和温度条件下测试固体推进剂试样药条的燃速，需要对若干压强点分别进行静态燃速的测试，得出特定范围内的燃速压强指数需要数十次重复的单点燃速测试，测试效率较低，对样品的需求量也较多。

比较成熟的固体推挤动态燃速测试方法是发动机法，使用模拟发动机或标准发动机安装在静止的试车台上，点火测试其发动机推力曲线、压强曲线和推进剂工作时间，计算出推进剂的燃烧参数，来真实或近似真实的表征推进剂的燃烧性能。但是该方法推进剂用量大，成本太高，测试人员多，测试过程复杂，也存在测试安全隐患。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单、高效、快捷的固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统和方法，以缩短固体推进剂的研制生产周期。

本发明的目的是这样实现的，固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统，其特征是，至少包括：

燃烧室单元，提供固体推进剂试样燃烧的燃烧室及测试所需的初始环境；

配气温控单元，用于提供燃烧室测试所需的压强温度环境；恒温浴的循环管路环绕在燃烧室壁，通过调节恒温浴的循环液温度以控制燃烧室的温度；气路单元包括管道、高压气瓶、缓冲气瓶、高压进气阀、缓冲进气阀、排气阀、增压泵及压强表，使燃烧室形成恒压或者密闭环境；

测控单元，测控单元中的点火电路通过点火线将点火信号转换为可点火的电流，点火线通过连接的镍铬合金丝引燃烧固体推进剂药条，阀门控制电路控制高压进气阀、缓冲进气阀、排气阀，通过高压气瓶、缓冲气瓶调节燃烧室压力；热电偶信号检测电路将热电偶的温度信号输入到处理电路的接口端，通过处理电路处理，分别得到在点火命令后每一个热电偶在固体推进剂药条燃烧过程中的温度变化；通过将固体推进剂药条燃烧过程中不同位置的温度变化信号通过通信电路传送到数据综合处理单元的主机，由主机处理，主机控制显示器/打印机给出温度场时间、位置分布图；同时，燃烧室内的温度压强传感器将燃烧室内的温度压强电信号通过滤波放大电路进行滤波放大处理，然后通过处理电路或AD转换电路得到燃烧室内的温度值、压强值，燃烧室内的温度值、压强值传送到数据综合处理单元的主机，由主机处理，主机控制显示器/打印机给出温度场时间、位置、燃烧室压力和温度环境分布图；

数据处理单元,包括一控件，控件支持如下模块运行：

系统模块、系统模块进行初始测试参数和测试数据采集参数的设定；

控制模块、控制模块进行压强控制、温度控制和点火控制操作；

测量模块、测量模块用于压强采样、温度采样、波形显示和绘制、数据保存；

数据处理模块，数据处理模块进行测试数据的有效性判别，分析燃烧室内压强、温度实时变化，结合多热电偶技术，获得药条的燃烧规律，计算实时燃速、计算压强指数与温度敏感系数和打印报告单；

数据管理模块，数据管理模块进行数据存储、检索和导出操作。

所述的燃烧室单元包括：燃烧室及燃烧支架，燃烧室壁有环绕管路，连接恒温浴；燃烧室有气孔及温度压强传感器的安装孔，通过气孔和安装孔分别连接气路单元和温度压强传感器，燃烧支架设有定位栅，用于定位连接热电偶的导热金属丝及点火线；燃烧支架的下端有坩埚，坩埚用于支撑固体推进剂药条和收集燃烧物；在固体推进剂药条一侧有间隔分布的测温热电偶，每一个间隔分布的测温热电偶与热电偶信号检测电路电连接。

所述的气孔处设有过滤网。

所述的金属杆起支撑和地线作用，点火线与热电偶的输出端使用耐高温线缆连接到测控单元。

所述的燃烧支架与燃烧室通过螺纹口旋转密封连接。

固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试方法，其特征是：至少包括：

步骤200，打开测试控件，调整为动态测试方式，在界面输入各项参数，确定并保存；

步骤201，打开缓冲进气阀；

步骤202，检测燃烧室压力；

步骤203，燃烧室压力是否达到测试要求，是继续步骤205；不是，进行步骤204；

步骤204，燃烧室压力大于测试要求，是，继续步骤206；不是，继续步骤207；

步骤205，关闭缓冲进气阀门，点火；

步骤206，打开排气阀进行排气，返回步骤202；

步骤207，开启高压进气阀，进行进气，返回步骤202；

步骤208，系统开始燃烧固体推进剂药条燃烧过程及检测；

步骤209，燃烧过程及检测结束。

所述的步骤208，系统开始燃烧固体推进剂药条燃烧过程及检测包括如下步骤：

步骤300，测控单元接到命令，点火电路产生引燃固体推进剂药条燃烧的电流，使点火丝发热引燃燃烧固体推进剂药条；

步骤301，测控单元的处理电路开始计时；

步骤303，热电偶信号检测电路将热电偶的温度信号输入到处理电路的接口端，通过处理电路处理，分别得到在点火命令后每一个热电偶在固体推进剂药条燃烧过程中的温度变化；

步骤304，燃烧室内的温度压强传感器将燃烧室内的温度压强电信号通过滤波放大电路进行滤波放大处理，然后通过处理电路或AD转换电路得到燃烧室内的温度值、压强值；

步骤305，将步骤303和步骤304的数据通过通信电路传送到数据综合处理单元的主机；

步骤306，通过最后一个热电偶位置温度识别，是否燃烧固体推进剂药条已经完全燃烧完毕，没有，重新返回步骤303；是到步骤307；

步骤307，主机通过时间间隔和定位栅的间距，计算出当前压强和温度下的动态燃速；得到测试范围内的燃速-压强曲线、燃速压强指数和燃速温度敏感系数；

步骤308，关闭排气阀、缓冲进气阀、高压进气阀；

步骤309，数据处理的结果存储到工控机硬盘，并显示或打印结果。

所述的测控单元接到命令，点火电路产生引燃固体推进剂药条燃烧的电流，使点火丝发热引燃烧固体推进剂药条；随着燃面下移，逐次通过各热传导丝，使热电偶的温度信号发生突变，各个热电偶的突变信号经耐高温线缆送至处理电路，由处理电路将得到的数字信号由通信电路送至工控机，工控机对得到的温度信号、压力信号、间隔时间以及参数设置界面输入的参数执行运算。

所述的固体推进剂药条燃烧过程中，燃烧室内部在t时刻的燃烧压强可表示成以下关系式:

P(t)·V(t)=N(t)·R·T_V（t）(1)

式中，P(t)：燃烧室内t时刻测得的压强；V(t)：t时刻燃烧室自由容积；N(t)：t时刻燃烧器内的燃气总摩尔数；R：通用气体常数；T_V（t）：t时刻燃烧室温度。

t时刻固体推进剂药条10已燃烧的长度l(t)和实时动态燃速：

$l\left(t\right)=\frac{K_1\·P\left(t\right)-K_2\·T\left(t\right)}{K_3\·P\left(t\right)-T\left(t\right)}---\left(2\right)$

式中，ΔL_a：药条始端至点火线的距离；P₀|T₀：燃面至点火线处时，密闭燃烧室的压强与温度值；ΔL₀：点火线至靶线1的距离；ΔL₁～ΔL₅：靶线间距；P₁|T₁～P₆|T₆：燃面至热电偶的靶线a1～靶线a6处时，密闭燃烧室的压强与温度值；ΔL_b：靶线a6至药条末端的距离；P₇|T₇：药条燃烧完全时，密闭燃烧室的压强与温度，K₁、K₂、K₃是常数；

解方程组（3），分段得出K值，

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0=\frac{K_1\·P\left(t_1\right)-K_2\·T\left(t_1\right)}{K_3\·P\left(t_1\right)-T\left(t_1\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1=\frac{K_1\·P\left(t_2\right)-K_2\·T\left(t_2\right)}{K_3\·P\left(t_2\right)-T\left(t_2\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1+\mathrm{\Δ}{L}_2=\frac{K_1\·P\left(t_3\right)-K_2\·T\left(t_3\right)}{K_3\·P\left(t_3\right)-T\left(t_3\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1+\mathrm{\Δ}{L}_2+\mathrm{\Δ}{L}_3=\frac{K_1\·P\left(t_4\right)-K_2\·T\left(t_4\right)}{K_3\·P\left(t_4\right)-T\left(t_4\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1+\mathrm{\Δ}{L}_2+\mathrm{\Δ}{L}_3+\mathrm{\Δ}{L}_4=\frac{K_1\·P\left(t_5\right)-K_2\·T\left(t_5\right)}{K_3\·P\left(t_5\right)-T\left(t_5\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1+\mathrm{\Δ}{L}_2+\mathrm{\Δ}{L}_3+\mathrm{\Δ}{L}_4+\mathrm{\Δ}{L}_5=\frac{K_1\·P\left(t_6\right)-K_2\·T\left(t_6\right)}{K_3\·P\left(t_6\right)-T\left(t_6\right)}\end{array}\right.---\left(3\right)$

则实时动态燃速：

$r\left(t\right)=\frac{\mathrm{dl}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{K_1{P}^{\′}\left(t\right)-K_2{T}^{\′}\left(t\right)}{K_{3}P\left(t\right)-T\left(t\right)}+\frac{(K_3{P}^{\′}\left(t\right)-T^{\′}\left(t\right))(K_{1}P\left(t\right)-K_{2}T\left(t\right))}{{(K_{3}P\left(t\right)-T\left(t\right))}^2}$ (4)

$=\frac{(K_1{P}^{\′}\left(t\right)-K_2{T}^{\′}\left(t\right))(K_{3}P\left(t\right)-T\left(t\right))+(K_3{P}^{\′}\left(t\right)-T^{\′}\left(t\right))(K_{1}P\left(t\right)-K_{2}T\left(t\right))}{{(K_{3}P\left(t\right)-T\left(t\right))}^2}$

得到测试药条的动态燃速、压强指数、温度敏感系数。

本发明与现有技术相比，有如下优点：

(1)采用多热电偶燃速测试系统，既可以进行动态燃烧性能测试，也可以进行静态测试，两种测量方式切换方便。得到燃速-压强和燃速-温度的变化关系，计算燃速压强指数和燃速温度敏感系数。小剂量的测试就可评价被测试推进剂在相应压强温度变化范围内的燃烧性能，非常适用于在推进剂生产过程中对每一批产品进行快速性能检测、质量控制等工作。

(2)与常用的燃速测试系统相比，该系统缩短了推进剂的研制生产周期，降低了原材料消耗，减少了人工操作，节约了成本。

附图说明

下面结合实施例附图对本发明作进一步说明：

图1系统结构示意图；

图2本发明实施例流程示意图；

图3是燃烧检测工作流程图；

图4是静态测试工作流程图。

图5是药条示意图

图1中，1：高压气瓶；2：缓冲气瓶；3：高压进气阀；4：缓冲进气阀；5：排气阀；6：恒温浴；7：燃烧室；8：温度压强传感器；9：燃烧支架；10：固体推进剂药条；11：热电偶；12：导热金属丝；13：定位栅；14：坩埚；15：点火线；16：阀门控制电路；17点火电路；18：热电偶信号检测电路；19：滤波放大电路；20：处理电路；21：AD转换电路；22：通信电路；23：主机；24：显示器/打印机；25：线缆；26：管道；A：数据综合处理单元；B：测控单元；C：配气温控单元；D：燃烧室单元。

具体实施方式

参照图1，固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统，至少包括：

燃烧室单元D，提供固体推进剂试样燃烧的燃烧室及测试所需的初始环境。

燃烧室壁有环绕管路，连接恒温浴6；燃烧室7有气孔及温度压强传感器8的安装孔，通过气孔和安装孔分别连接气路单元和温度压强传感器8，气孔处设有过滤网。

燃烧支架设有定位栅13，用于定位连接热电偶11的导热金属丝12及点火线15。金属杆起支撑和地线作用。点火线15与热电偶11的输出端使用耐高温线缆连接到测控单元B。燃烧支架9的下端有坩埚14，坩埚14用于支撑固体推进剂药条10和收集燃烧物。

配气温控单元C，用于提供燃烧室测试所需的压强温度环境。恒温浴6的循环管路环绕在燃烧室壁，通过调节恒温浴的循环液温度以控制燃烧室7的温度。气路单元包括管道、高压气瓶1、缓冲气瓶2、高压进气阀3、缓冲进气阀4、排气阀5、增压泵及压强表，使燃烧室形成恒压或者密闭环境。

测控单元B，点火电路17通过点火线15将点火信号转换为可点火的电流，点火线15通过连接的镍铬合金丝引燃烧固体推进剂药条10，阀门控制电路16控制高压进气阀3、缓冲进气阀4、排气阀5，通过高压气瓶1、缓冲气瓶2调节燃烧室压力。在固体推进剂药条10一侧有间隔分布的测温热电偶11，每一个间隔分布的测温热电偶11与热电偶信号检测电路18电连接，热电偶信号检测电路18将热电偶的温度信号输入到处理电路20的接口端，通过处理电路20处理，分别得到在点火命令后每一个热电偶11在固体推进剂药条10燃烧过程中的温度变化；通过将固体推进剂药条10燃烧过程中不同位置的温度变化信号通过通信电路22传送到数据综合处理单元A的主机23，由主机23处理，主机23控制显示器/打印机24给出温度场时间、位置分布图。同时，燃烧室7内的温度压强传感器8将燃烧室7内的温度压强电信号通过滤波放大电路19进行滤波放大处理，然后通过处理电路20或AD转换电路21得到燃烧室7内的温度值、压强值，燃烧室7内的温度值、压强值传送到数据综合处理单元A进行处理。

数据处理单元A,包括一控件，控件支持如下模块运行：

系统模块、系统模块进行初始测试参数和测试数据采集参数的设定；

控制模块、控制模块进行压强控制、温度控制和点火控制操作；

测量模块、测量模块用于压强采样、温度采样、波形显示和绘制、数据保存；

数据处理模块，数据处理模块进行测试数据的有效性判别，分析燃烧室内压强、温度实时变化，结合多热电偶技术，获得药条的燃烧规律，计算实时燃速、计算压强指数与温度敏感系数和打印报告单；

数据管理模块，数据管理模块进行数据存储、检索和导出操作。

图2是本发明的动态燃烧性能测试工作流程，结合系统结构示意图1说明其工作过程。

如图2所示，步骤200，打开测试控件，调整为动态测试方式，在界面输入各项参数，确定并保存；

步骤201，打开缓冲进气阀4；

步骤202，检测燃烧室压力；

步骤203，燃烧室压力是否达到测试要求，是继续步骤205；不是，进行步骤204；

步骤204，燃烧室压力大于测试要求，是，继续步骤206；不是，继续步骤207；

步骤205，关闭缓冲进气阀门，点火；

步骤206，打开排气阀5进行排气，返回步骤202；

步骤207，开启高压进气阀3，进行进气，返回步骤202；

步骤208，系统开始燃烧固体推进剂药条10燃烧过程及检测；

步骤209，燃烧过程及检测结束。

图3是系统开始燃烧固体推进剂药条10燃烧过程及检测步骤流程。

如图3所示，所述的步骤208，系统开始燃烧固体推进剂药条10燃烧过程及检测包括如下步骤：

步骤301，测控单元B接到命令，点火电路17产生引燃固体推进剂药条燃烧的电流，使点火丝15发热引燃燃烧固体推进剂药条10；

步骤302，测控单元B的处理电路20开始计时；

步骤303，热电偶信号检测电路18将热电偶的温度信号输入到处理电路20的接口端，通过处理电路20处理，分别得到在点火命令后每一个热电偶11在固体推进剂药条10燃烧过程中的温度变化；

步骤304，燃烧室7内的温度压强传感器8将燃烧室7内的温度压强电信号通过滤波放大电路19进行滤波放大处理，然后通过处理电路20或AD转换电路21得到燃烧室7内的温度值、压强值；

步骤305，将步骤303和步骤304的数据通过通信电路22传送到数据综合处理单元A的主机23；

步骤306，通过最后一个热电偶位置温度识别，是否燃烧固体推进剂药条10已经完全燃烧完毕，没有，重新返回步骤303；是到步骤307；

步骤307，主机23通过时间间隔和定位栅13的间距，计算出当前压强和温度下的动态燃速；得到测试范围内的燃速-压强曲线、燃速压强指数和燃速温度敏感系数；

步骤308，关闭排气阀5、缓冲进气阀4、高压进气阀3；

步骤309，数据处理的结果存储到工控机硬盘，并显示或打印结果。

本发明中测控单元B接到命令后，检测燃烧固体推进剂药条10燃烧过程中的数据可以实时通过通信电路22传送到数据综合处理单元A的主机23，也可以燃烧固体推进剂药条10燃烧结束后，传送到数据综合处理单元A的主机23，由主机23进行燃烧后处理。

本发明中测控单元B接到命令后，计时可以根据引起热电偶11温度跳变开始计时。

本发明中系统模块进行初始测试参数和测试数据采集参数的设定，一般在测量点火之前进行，主要是送检样品的批次、型号、长度、测试人员、送检日期等相关信息设置，便于后期数据处理和生成报告；控制模块进行压强控制、温度控制和点火控制操作，软件通过安装在燃烧室的温度、压强传感器实时监测燃烧室环境，通过恒温浴和气动电磁阀控制温度和压强；测量模块用于压强采样、温度采样、波形显示和绘制、数据保存；数据处理模块进行测试数据的有效性判别、燃速计算、压强指数与温度敏感系数计算和打印报告单；数据管理模块进行数据存储、检索和导出操作。

本发明可完成动态燃烧性能测试和静态燃烧性能测试，如图4所示。

步骤400，打开测试控件，调整为静态测试方式，在界面输入各项参数，确定并保存；

步骤401，检测燃烧室温度；

步骤403，燃烧室温度是否达到测试温度，是，继续步骤404；不是，进行步骤402，调节燃烧室温度，逼近测试温度，返回步骤401；

步骤404，打开缓冲进气阀4；

步骤405，检测燃烧室压力；

步骤406，燃烧室压力是否达到测试要求，是，继续步骤408；不是，进行步骤407；

步骤407，燃烧室压力大于测试要求，是，继续步骤409；不是，继续步骤410；

步骤408，打开缓进气阀，发出点火命令，到步骤411；

步骤409，打开排气阀5进行排气，返回步骤405；

步骤410，开启高压进气阀3，进行进气，返回步骤405；

步骤411，系统开始燃烧固体推进剂药条10燃烧过程及检测；

步骤412，燃烧过程及检测结束。

本发明动态测试总的调试和工作过程是：测试开始，在燃烧支架9和坩埚14之间固定固体推进剂药条10，布置导热金属丝12，使其与固体推进剂药条10接触；连接热电偶11与导热丝12；燃烧支架9插入燃烧室7并旋转使其密封。打开控件，在设置界面下输入各项参数，确定并保存。通过控件窗口的燃烧室显示区或者控制箱的指示灯，观察点火线15、热电偶11的通断，通过检测信号识别是否有不通，如有问题，则停止测试，燃烧室泄压，打开燃烧支架重新安装。关闭恒温浴6的所有阀门，排掉循环管路的循环液。打开进气阀，使燃烧室压强达到测试要求。关闭缓冲阀4，使燃烧室形成密闭空间。控件发出点火命令。

测控单元B接到命令，点火电路17产生引燃固体推进剂药条10燃烧的电流，使点火丝15发热引燃烧固体推进剂药条10；随着燃面下移，逐次通过各热传导丝12，使热电偶11的温度信号发生突变，各个热电偶的突变信号经耐高温线缆25送至处理电路18，由处理电路18将得到的数字信号由通信电路22送至工控机23，工控机23对得到的温度信号、压力信号、间隔时间以及参数设置界面输入的参数执行运算。药条参数如图5所示。

固体推进剂药条10燃烧过程中，燃烧室内部在t时的燃烧压强可表示成以下关系式:

P(t)·V(t)=N(t)·R·T_V（t）(1)

式中，P(t)：燃烧室内t时刻测得的压强；V(t)：t时刻燃烧室自由容积；N(t)：t时刻燃烧器内的燃气总摩尔数；R：通用气体常数；T_V（t）：t时刻燃烧室温度。

根据燃烧室自由容积V(t)推算得到t时刻固体推进剂药条10已燃烧的长度l(t)：

$l\left(t\right)=\frac{K_1\·P\left(t\right)-K_2\·T\left(t\right)}{K_3\·P\left(t\right)-T\left(t\right)}---\left(2\right)$

图5中，ΔL_a：药条始端至点火线的距离；P₀|T₀：燃面至点火线处时，密闭燃烧室的压强与温度值；ΔL₀：点火线至靶线a1的距离；ΔL₁～ΔL₅：靶线间距；P₁|T₁～P₆|T₆：燃面至热电偶的靶线a1～靶线a6处时，密闭燃烧室的压强与温度值；ΔL_b：靶线a6至药条末端的距离；P₇|T₇：药条燃烧完全时，密闭燃烧室的压强与温度，K₁、K₂、K₃是常数。

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0=\frac{K_1\·P\left(t_1\right)-K_2\·T\left(t_1\right)}{K_3\·P\left(t_1\right)-T\left(t_1\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1=\frac{K_1\·P\left(t_2\right)-K_2\·T\left(t_2\right)}{K_3\·P\left(t_2\right)-T\left(t_2\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1+\mathrm{\Δ}{L}_2=\frac{K_1\·P\left(t_3\right)-K_2\·T\left(t_3\right)}{K_3\·P\left(t_3\right)-T\left(t_3\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1+\mathrm{\Δ}{L}_2+\mathrm{\Δ}{L}_3=\frac{K_1\·P\left(t_4\right)-K_2\·T\left(t_4\right)}{K_3\·P\left(t_4\right)-T\left(t_4\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1+\mathrm{\Δ}{L}_2+\mathrm{\Δ}{L}_3+\mathrm{\Δ}{L}_4=\frac{K_1\·P\left(t_5\right)-K_2\·T\left(t_5\right)}{K_3\·P\left(t_5\right)-T\left(t_5\right)}\\ \mathrm{\Δ}{L}_a+\mathrm{\Δ}{L}_0+\mathrm{\Δ}{L}_1+\mathrm{\Δ}{L}_2+\mathrm{\Δ}{L}_3+\mathrm{\Δ}{L}_4+\mathrm{\Δ}{L}_5=\frac{K_1\·P\left(t_6\right)-K_2\·T\left(t_6\right)}{K_3\·P\left(t_6\right)-T\left(t_6\right)}\end{array}\right.---\left(3\right)$

解方程组（3），分段得出K值。

则实时动态燃速：

$r\left(t\right)=\frac{\mathrm{dl}\left(t\right)}{\mathrm{dt}}=\frac{K_1{P}^{\′}\left(t\right)-K_2{T}^{\′}\left(t\right)}{K_{3}P\left(t\right)-T\left(t\right)}+\frac{(K_3{P}^{\′}\left(t\right)-T^{\′}\left(t\right))(K_{1}P\left(t\right)-K_{2}T\left(t\right))}{{(K_{3}P\left(t\right)-T\left(t\right))}^2}$ (4)

$=\frac{(K_1{P}^{\′}\left(t\right)-K_2{T}^{\′}\left(t\right))(K_{3}P\left(t\right)-T\left(t\right))+(K_3{P}^{\′}\left(t\right)-T^{\′}\left(t\right))(K_{1}P\left(t\right)-K_{2}T\left(t\right))}{{(K_{3}P\left(t\right)-T\left(t\right))}^2}$

得到测试药条的动态燃速、压强指数、温度敏感系数。数据处理的结果存储到工控机硬盘，并显示在界面上。

本实施例没有详细叙述的部件和电路属本行业的公知部件和常用电路或常用手段，这里不一一叙述。

Claims (8)

1.固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统，其特征是，至少包括：

燃烧室单元，提供固体推进剂试样燃烧的燃烧室及测试所需的初始环境；

配气温控单元，用于提供燃烧室测试所需的压强温度环境；恒温浴的循环管路环绕在燃烧室壁，通过调节恒温浴的循环液温度以控制燃烧室的温度；气路单元包括管道、高压气瓶、缓冲气瓶、高压进气阀、缓冲进气阀、排气阀、增压泵及压强表，使燃烧室形成恒压或者密闭环境；

测控单元，测控单元中的点火电路通过点火线将点火信号转换为可点火的电流，点火线通过连接的镍铬合金丝引燃烧固体推进剂药条，阀门控制电路控制高压进气阀、缓冲进气阀、排气阀，通过高压气瓶、缓冲气瓶调节燃烧室压力；热电偶信号检测电路将热电偶的温度信号输入到处理电路的接口端，通过处理电路处理，分别得到在点火命令后每一个热电偶在固体推进剂药条燃烧过程中的温度变化；通过将固体推进剂药条燃烧过程中不同位置的温度变化信号通过通信电路传送到数据综合处理单元的主机，由主机处理，主机控制显示器/打印机给出温度场时间、位置分布图；同时，燃烧室内的温度压强传感器将燃烧室内的温度压强电信号通过滤波放大电路进行滤波放大处理，然后通过处理电路或AD转换电路得到燃烧室内的温度值、压强值，燃烧室内的温度值、压强值传送到数据综合处理单元的主机，由主机处理，主机控制显示器/打印机给出温度场时间、位置、燃烧室压力和温度环境分布图；

数据处理单元,包括一控件，控件支持如下模块运行：

系统模块、系统模块进行初始测试参数和测试数据采集参数的设定；

控制模块、控制模块进行压强控制、温度控制和点火控制操作；

测量模块、测量模块用于压强采样、温度采样、波形显示和绘制、数据保存；

数据处理模块，数据处理模块进行测试数据的有效性判别，分析燃烧室内压强、温度实时变化，结合多热电偶技术，获得药条的燃烧规律，计算实时燃速、计算压强指数与温度敏感系数和打印报告单；数据管理模块，数据管理模块进行数据存储、检索和导出操作；

所述的燃烧室单元包括：燃烧室及燃烧支架，燃烧室壁有环绕管路，连接恒温浴；燃烧室有气孔及温度压强传感器的安装孔，通过气孔和安装孔分别连接气路单元和温度压强传感器，燃烧支架设有定位栅，用于定位连接热电偶的导热金属丝及点火线；燃烧支架的下端有坩埚，坩埚用于支撑固体推进剂药条和收集燃烧物；在固体推进剂药条一侧有间隔分布的测温热电偶，每一个间隔分布的测温热电偶与热电偶信号检测电路电连接。

2.根据权利要求1所述的固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统，其特征是：所述的气孔处设有过滤网。

3.根据权利要求1所述的固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统，其特征是：所述的金属杆起支撑和地线作用，点火线与热电偶的输出端使用耐高温线缆连接到测控单元。

4.根据权利要求1所述的固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试系统，其特征是：所述的燃烧支架与燃烧室通过螺纹口旋转密封连接。

5.固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试方法，其特征是：至少包括：步骤200，打开测试控件，调整为动态测试方式，在界面输入各项参数，确定并保存；

步骤201，打开缓冲进气阀；

步骤202，检测燃烧室压力；

步骤203，燃烧室压力是否达到测试要求，是继续步骤205；不是，进行步骤204；

步骤204，燃烧室压力大于测试要求，是，继续步骤206；不是，继续步骤207；

步骤205，关闭缓冲进气阀门，点火；

步骤206，打开排气阀进行排气，返回步骤202；

步骤207，开启高压进气阀，进行进气，返回步骤202；

步骤208，系统开始燃烧固体推进剂药条燃烧过程及检测；

步骤209，燃烧过程及检测结束；

所述的步骤208，系统开始燃烧固体推进剂药条燃烧过程及检测包括如下步骤：

步骤300，测控单元接到命令，点火电路产生引燃固体推进剂药条燃烧的电流，使点火丝发热引燃燃烧固体推进剂药条；

步骤301，测控单元的处理电路开始计时；

步骤303，热电偶信号检测电路将热电偶的温度信号输入到处理电路的接口端，通过处理电路处理，分别得到在点火命令后每一个热电偶在固体推进剂药条燃烧过程中的温度变化；

步骤304，燃烧室内的温度压强传感器将燃烧室内的温度压强电信号通过滤波放大电路进行滤波放大处理，然后通过处理电路或AD转换电路得到燃烧室内的温度值、压强值；

步骤305，将步骤303和步骤304的数据通过通信电路传送到数据综合处理单元的主机；

步骤306，通过最后一个热电偶位置温度识别，是否燃烧固体推进剂药条已经完全燃烧完毕，没有，重新返回步骤303；是到步骤307；步骤307，主机通过时间间隔和定位栅的间距，计算出当前压强和温度下的动态燃速；得到测试范围内的燃速-压强曲线、燃速压强指数和燃速温度敏感系数；

步骤308，关闭排气阀、缓冲进气阀、高压进气阀；

步骤309，数据处理的结果存储到工控机硬盘，并显示或打印结果。

6.根据权利要求5所述的固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试方法，其特征是：所述的测控单元接到命令，点火电路产生引燃固体推进剂药条燃烧的电流，使点火丝发热引燃烧固体推进剂药条；随着燃面下移，逐次通过各热传导丝，使热电偶的温度信号发生突变，各个热电偶的突变信号经耐高温线缆送至处理电路，由处理电路将得到的数字信号由通信电路送至工控机，工控机对得到的温度信号、压力信号、间隔时间以及参数设置界面输入的参数执行运算。

7.根据权利要求6所述的固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试方法，其特征是：所述的固体推进剂药条燃烧过程中，燃烧室内部在t时刻的燃烧压强可表示成以下关系式:

P(t)·V(t)＝N(t)·R·TV(t)(1)

式中，P(t)：燃烧室内t时刻测得的压强；V(t)：t时刻燃烧室自由容积；N(t)：t时刻燃烧器内的燃气总摩尔数；R：通用气体常数；TV(t)：t时刻燃烧室温度。

8.根据权利要求7所述的固体推进剂多热电偶动态燃烧性能测试方法，其特征是：t时刻固体推进剂药条10已燃烧的长度l(t)和实时动态燃速：

$l\left(t\right)=\frac{K_1\·P\left(t\right)-K_2\·T\left(t\right)}{K_3\·P\left(t\right)-T\left(t\right)}---\left(2\right)$

式中，ΔLa：药条始端至点火线的距离；P0|T0：燃面至点火线处时，密闭燃烧室的压强与温度值；ΔL0：点火线至靶线1的距离；ΔL1～ΔL5：靶线间距；P1|T1～P6|T6：燃面至热电偶的靶线a1～靶线a6处时，密闭燃烧室的压强与温度值；ΔLb：靶线a6至药条末端的距离；P7|T7：药条燃烧完全时，密闭燃烧室的压强与温度，K1、K2、K3是常数；

解方程组(3)，分段得出K值，

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ΔL}}_a+{\mathrm{\ΔL}}_0=\frac{K_1\·P\left(t_1\right)-K_2\·T\left(t_1\right)}{K_3\·P\left(t_1\right)-T\left(t_1\right)}\\ {\mathrm{\ΔL}}_a+{\mathrm{\ΔL}}_0+{\mathrm{\ΔL}}_1=\frac{K_1\·P\left(t_2\right)-K_2\·T\left(t_2\right)}{K_3\·P\left(t_2\right)-T\left(t_2\right)}\\ {\mathrm{\ΔL}}_a+{\mathrm{\ΔL}}_0+{\mathrm{\ΔL}}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2=\frac{K_1\·P\left(t_3\right)-K_2\·T\left(t_3\right)}{K_3\·P\left(t_3\right)-T\left(t_3\right)}\\ {\mathrm{\ΔL}}_a+{\mathrm{\ΔL}}_0+{\mathrm{\ΔL}}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2+{\mathrm{\ΔL}}_3=\frac{K_1\·P\left(t_4\right)-K_2\·T\left(t_4\right)}{K_3\·P\left(t_4\right)-T\left(t_4\right)}\\ {\mathrm{\ΔL}}_a+{\mathrm{\ΔL}}_0+{\mathrm{\ΔL}}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2+{\mathrm{\ΔL}}_3+{\mathrm{\ΔL}}_4=\frac{K_1\·P\left(t_5\right)-K_2\·T\left(t_5\right)}{K_3\·P\left(t_5\right)-T\left(t_5\right)}\\ {\mathrm{\ΔL}}_a+{\mathrm{\ΔL}}_0+{\mathrm{\ΔL}}_1+{\mathrm{\ΔL}}_2+{\mathrm{\ΔL}}_3+{\mathrm{\ΔL}}_4+{\mathrm{\ΔL}}_5=\frac{K_1\·P\left(t_6\right)-K_2\·T\left(t_6\right)}{K_3\·P\left(t_6\right)-T\left(t_6\right)}\end{array}\right.---\left(3\right)$

则实时动态燃速：

$\begin{array}{c}r\left(t\right)=\frac{dl\left(t\right)}{dt}=\frac{K_1{P}^{\′}\left(t\right)-K_2{T}^{\′}\left(t\right)}{K_{3}P\left(t\right)-T\left(t\right)}+\frac{\left(K_3{P}^{\′}\right(t)-T^{\′}(t\left)\right)\left(K_{1}P\right(t)-K_{2}T(t\left)\right)}{{\left(K_{3}P\right(t)-T(t\left)\right)}^2}\\ =\frac{\left(K_1{P}^{\′}\right(t)-K_2{T}^{\′}(t\left)\right)\left(K_{3}P\right(t)-T(t\left)\right)+\left(K_3{P}^{\′}\right(t)-T^{\′}(t\left)\right)\left(K_{1}P\right(t)-K_{2}T(t\left)\right)}{{\left(K_{3}P\right(t)-T(t\left)\right)}^2}\end{array}---\left(4\right)$

得到测试药条的动态燃速、压强指数、温度敏感系数。