CN106124895A - 一种固体发动机静电安全性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固体发动机静电安全性测试装置及方法，所述的测试装置包括：模拟发动机系统、静电感度仪和防护板，所述静电感度仪和模拟发动机分布在防护板的两侧。该测试装置通过在静电感度仪上活动的上电极和下电极，将储存在电容器内的电能对发动机进行振荡放电，根据放电后发动机反应的结果，以判定静电安全性。相比推进剂试样的测试结果能够有效地模拟大型固体发动机的静电测试，结果可信，既节约了试验成本又降低了试验损失。

Description

一种固体发动机静电安全性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种测试装置及方法，具体涉及一种固体发动机静电安全性测试装置及方法。

背景技术

固体发动机是通过固体推进剂的正常燃烧，产生高温高压燃气，然后通过喷管扩张加速，产生推力推动导弹飞行。由于固体推进剂是一种含能物质，在正常引燃时会稳定有序燃烧，满足使用要求；但如果该含能物质遇到额外静电激励，可能会发生燃烧、爆炸等事故。

一直以来含能材料都是用静电火花感度测试其静电敏感性，一般烟火剂能承受的最大能量为700mJ。测试的原理是确定能使几百毫克的试样产生反应的最小能量，测试的样品为粉末或者小试样，如图1所示即为烟火剂静电测试原理示意图。

当固体推进剂研发出来后，也应用此方法进行测试，测试的试样为薄片状或碟片状，那时没有发生任何反应。从1976年底到1978年，在SNPE的工厂生产和处理复合推进剂药柱时发生了多起事故.这些事故都与含铝推进剂配方有关，而且都顺利通过了静电火花感度测试。事故中推进剂没有任何其它点火因素，事故很明显与静电有关。这些事故发生之后，开始研究推进剂的静电行为，特别是复合推进剂的静电特性，进而区分敏感型与非敏感型推进剂。经过分析认为：某些推进剂增大以下参数值有可能被点燃：①试样的体积；②RC电路放电时间(R是推进剂的电阻，C是施加于推进剂末端上的电容)；③施加的能量。考虑到上述参数，法国设计了如图2所示的实验装置，试样是圆柱体推进剂药柱，正极接触方式，为点面式。试样相比以前尺寸增加较大。

图2所示的法国试验装置在一定程度上摸索了复合推进剂的静电特性。而固体发动机由壳体、绝热层、推进剂等组成，是一个复杂的系统。上述试验装置仅能评估推进剂的静电性能，无法评估发动机系统的静电安全性。

综上所述，目前国内评估固体发动机的静电安全性的方法为单纯的测试复合推进剂的静电火花感度，试样为几克的小药片(图1的方法)，不能反应固定推进剂的静电特性。法国的测试方法采用了大药柱设计，但也无法模拟发动机的系统结构，无法评定发动机静电安全性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种固体发动机静电安全性测试装置及方法，通过测试固体发动机能够承受的最大电压，最终评估发动机的静电安全性能。

所述的固体发动机静电安全性测试装置包括模拟发动机系统、静电感度仪和防护板，所述静电感度仪和模拟发动机系统分布在防护板的两侧；

所述模拟发动机系统包括：模拟发射筒和缩比发动机，所述缩比发动机燃烧室壳体和绝热层的材料与待评估的全尺寸固体发动机的材料相同；采用待评估的全尺寸固体发动机同种装药，结构型式为内孔装药；缩比发动机的前后接头及裙采用金属材料；且所述缩比发动机的壳体表面按待评估的全尺寸固体发动机的实际状态喷涂涂层；

所述模拟发射筒采用金属筒，其内壁的两端粘接有环形的硬质海绵用于模拟适配器，所述缩比发动机同轴套装在所述模拟发射筒内；

进行静电安全性测试时，所述静电感度仪的电极连接有三种状态：当需要测试全尺寸固体发动机的接头与推进剂之间的静电感度时，将静电感度仪的上电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的接头上，静电感度仪的下电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的药柱内孔推进剂上；当需要测试全尺寸固体发动机的金属裙与推进剂之间的静电感度时，将静电感度仪的上电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的裙上，静电感度仪的下电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的药柱内孔推进剂上；当需要测试全尺寸固体发动机的壳体筒段与推进剂之间的静电感度时，将静电感度仪的上电极连接导线穿过防护板加在模拟发射筒上，静电感度仪的下电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的裙上。

固体发动机静电安全性测试方法的具体步骤为：

步骤一：将静电感度仪与模拟发动机系统分布在防护板的两侧，所述模拟发动机系统包括：模拟发射筒和缩比发动机；

步骤二：静电感度仪进行自检测试，自检合格后根据需要将静电感度仪的上、下电极分别穿过防护板连接至模拟发动机系统的相应位置并调节可变电容器C的电容，具体为：

当需要测试全尺寸固体发动机的接头与推进剂之间的静电感度时，将上电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的接头上，下电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的药柱内孔推进剂上；

当需要测试全尺寸固体发动机的金属裙与推进剂之间的静电感度时，将上电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的裙上，下电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的药柱内孔推进剂上；

当需要测试全尺寸固体发动机的壳体筒段与推进剂之间的静电感度时，将上电极连接导线穿过防护板加在模拟发射筒上，下电极连接导线穿过防护板加在缩比发动机的裙上；

步骤三：将静电感度仪的高压开关拨至其接口a处，此时静电感度仪的上电极经过充电电阻接入高压电源的正极；接通高压电源，观察静电感度仪中电压表的读数；

步骤四：待电压表的读数稳定至要求值后将高压开关拨至其接口b处，此时静电感度仪的上电极经过放电电阻接地；此时电极处应有放电发生，若没有则应停止试验并检查线路，直至有放电发生；

步骤五：当电压表的读数降低至零后完成一次试验，检查电极附近表观并观察药柱内部是否有燃烧痕迹，若电极完好且药柱内部没有燃烧痕迹，表明在当前电压下，全尺寸固体发动机静电安全；若电极或药柱出现燃烧痕迹，表明在当前电压下，全尺寸固体发动机有静电风险；

在上述过程中若出现缩比发动机燃烧或爆炸，表明当前电压值达到全尺寸固体发动机静电燃烧或起爆阈值，立即停止试验。

有益效果：

(1)采用缩比发动机进行试验，相比推进剂试样的测试结果能够有效地模拟大型固体发动机的静电测试，结果可信，既节约了试验成本又降低了试验损失。

(2)采用模拟发射筒的测试装置，不仅能够测得发动机本身的静电特性，还能够模拟发动机用于部队装备后发射状态时的静电特性，测试结果更加真实有效。

附图说明

图1为现有技术中烟火剂静电测试原理示意图；

图2为现有技术中推进剂静电测试装置示意图；

图3为本发明所提供的固体发动机静电安全测试装置原理图；

图4为本发明中模拟发动机的结构简图；

图5为本发明中静电感度仪的原理图。

其中：1-模拟发动机系统、2-防护板、3-静电感度仪、4-硬质海绵、5-模拟发射筒、6-缩比发动机

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供一种固体发动机静电安全性的测试装置，该测试装置的基本原理为在静电感度仪上通过活动的上电极和下电极，将储存在电容器内的电能对发动机进行振荡放电，根据放电后发动机反应的结果，以判定静电安全性。

基于此，如图3所示，该测试装置包括模拟发动机系统1、静电感度仪3和防护板2，所述静电感度仪3和模拟发动机1分布在防护板3的两侧，要求防护板2为50mm厚的钢板，在地面固定牢固。

所述模拟发动机系统1包括：模拟发射筒5和直径为的缩比发动机6。其中缩比发动机6燃烧室壳体和绝热层的材料与要评估的全尺寸发动机的材料相同；燃烧室壳体厚度与绝热层厚度同为3mm，直径缩小到前后接头及裙采用金属结构，发动机装药与要评估的发动机为同种装药，结构型式为内孔装药。且缩比发动机6的壳体表面按实际状态喷涂涂层。模拟发射筒5采用金属材质的筒状结构，壁厚为3mm，模拟发射筒5内壁的两端用环氧胶粘贴有环形的3mm的硬质海绵4用于模拟适配器，缩比发动机6同轴套装在所述模拟发射筒5内，发动机装筒后与硬质海绵4接触，与模拟发射筒5筒壁之间有3mm间隙，如图4所示。

所述静电感度仪3为选购产品,要求直流电源在0.2KV-60KV连续可调，输出最大电流为200uA～300uA，具有正负极性输出，两电极为针状电极，如图5所示，静电感度仪3包括直流高压电源、高压开关、可变电容器C、充电电阻R1、放电电阻R2、电压表和上下电极。其连接关系为：上电极依次经过高压开关和充电电阻R1接入高压电源的正极，下电极接入高压电源的负极，在所述上电极和下电极之间分别连接有可变电容器C和电压表。所述高压开关有两个接口，分别为接口a和接口b，当拨至接口a时，放电电阻R2不接入回路，上电极直接经过充电电阻R1接入高压电源的正极；当拨至接口b时，上电极经过放电电阻R2后接地。

进行静电安全性测试时，静电感度仪3的电极连接有三种状态：

当需要测试发动机的接头与推进剂之间的静电感度时，将上电极连接导线穿过防护板2加在缩比发动机6的接头上，下电极连接导线穿过防护板2加在缩比发动机6的药柱内孔推进剂上；

当需要测试金属裙与推进剂之间的静电感度时，将上电极连接导线穿过防护板2加在缩比发动机6的裙上，下电极连接导线穿过防护板2加在缩比发动机6的药柱内孔推进剂上；

当需要测试壳体筒段与推进剂之间的静电感度时，将上电极连接导线穿过防护板2加在模拟发射筒5上，下电极连接导线穿过防护板2加在缩比发动机6的裙上。

该测试装置通过在静电感度仪上活动的上电极和下电极，将储存在电容器内的电能对发动机进行振荡放电，根据放电后发动机反应的结果，以判定静电安全性。采用该测试装置对固体发动机静电安全性进行测试的方法为：

(1)首先将确定好的试验装置按照图3位置放置，即静电感度测试仪与模拟发动机分布在防护板两侧；

(2)静电感度仪3进行自检测试，自检合格后根据需要将静电感度仪3的上、下电极穿过防护板2连接至模拟发动机的相应位置并调节可变电容器C的电容；

(3)将高压开关拨至接口a处，接通高压电源，观察电压表读数；

(4)待电压表读数稳定至要求值后将开关拨至接口b处，此时电极处有放电发生，若没有则应停止试验并检查线路，直至有放电发生；

(5)当电压表的读数降低至零后完成一次试验，检查电极附近表观并观察药柱内部是否有燃烧痕迹，若电极完好且药柱内部没有燃烧痕迹，表明在当前电压下，发动机静电安全；若电极或药柱出现燃烧痕迹，表明在当前电压下，发动机有静电风险；

在上述过程中若出现缩比发动机燃烧或爆炸，表明当前电压达到发动机静电燃烧或起爆阈值，立即停止试验。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种固体发动机静电安全性测试装置，其特征在于，包括模拟发动机系统(1)、静电感度仪(3)和防护板(2)，所述静电感度仪(3)和模拟发动机系统(1)分布在防护板(2)的两侧；

所述模拟发动机系统(1)包括：模拟发射筒(5)和缩比发动机(6)，所述缩比发动机(6)燃烧室壳体和绝热层的材料与待评估的全尺寸固体发动机的材料相同；采用待评估的全尺寸固体发动机同种装药，结构型式为内孔装药；缩比发动机(6)的前后接头及裙采用金属材料；且所述缩比发动机(6)的壳体表面按待评估的全尺寸固体发动机的实际状态喷涂涂层；

所述模拟发射筒(5)采用金属筒，其内壁的两端粘接有环形的硬质海绵(4)用于模拟适配器，所述缩比发动机(6)同轴套装在所述模拟发射筒(5)内；

进行静电安全性测试时，所述静电感度仪(3)的电极连接有三种状态：当需要测试全尺寸固体发动机的接头与推进剂之间的静电感度时，将静电感度仪(3)的上电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的接头上，静电感度仪(3)的下电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的药柱内孔推进剂上；当需要测试全尺寸固体发动机的金属裙与推进剂之间的静电感度时，将静电感度仪(3)的上电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的裙上，静电感度仪(3)的下电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的药柱内孔推进剂上；当需要测试全尺寸固体发动机的壳体筒段与推进剂之间的静电感度时，将静电感度仪(3)的上电极连接导线穿过防护板(2)加在模拟发射筒(5)上，静电感度仪(3)的下电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的裙上。

2.如权利要求1所述的固体发动机静电安全性测试装置，其特征在于，所述防护板(2)为厚度不小于50mm的钢板。

3.一种固体发动机静电安全性测试方法，其特征在于，

步骤一：将静电感度仪(3)与模拟发动机系统(1)分布在防护板(2)的两侧，所述模拟发动机系统(1)包括：模拟发射筒(5)和缩比发动机(6)；

步骤二：静电感度仪(3)进行自检测试，自检合格后根据需要将静电感度仪(3)的上、下电极分别穿过防护板(2)连接至模拟发动机系统(1)的相应位置并调节可变电容器C的电容，具体为：

当需要测试全尺寸固体发动机的接头与推进剂之间的静电感度时，将上电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的接头上，下电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的药柱内孔推进剂上；

当需要测试全尺寸固体发动机的金属裙与推进剂之间的静电感度时，将上电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的裙上，下电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的药柱内孔推进剂上；

当需要测试全尺寸固体发动机的壳体筒段与推进剂之间的静电感度时，将上电极连接导线穿过防护板(2)加在模拟发射筒(5)上，下电极连接导线穿过防护板(2)加在缩比发动机(6)的裙上；

步骤三：将静电感度仪(3)的高压开关拨至其接口a处，此时静电感度仪(3)的上电极经过充电电阻接入高压电源的正极；接通高压电源，观察静电感度仪(3)中电压表的读数；

步骤四：待电压表的读数稳定至要求值后将高压开关拨至其接口b处，此时静电感度仪(3)的上电极经过放电电阻接地；此时电极处应有放电发生，若没有则应停止试验并检查线路，直至有放电发生；

步骤五：当电压表的读数降低至零后完成一次试验，检查电极附近表观并观察药柱内部是否有燃烧痕迹，若电极完好且药柱内部没有燃烧痕迹，表明在当前电压下，全尺寸固体发动机静电安全；若电极或药柱出现燃烧痕迹，表明在当前电压下，全尺寸固体发动机有静电风险；

在上述过程中若出现缩比发动机(6)燃烧或爆炸，表明当前电压达到全尺寸固体发动机静电燃烧或起爆阈值，立即停止试验。