CN106353449B - 主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法，动态测试装置包括：激光发射部，包括激光发射单元以及激光片光转换单元；光电转换部，用于接收穿过药条的激光片光的透射光并将透射光的光信号转换为电信号；信号处理部，用于处理电信号得到与电信号相应的数据并基于数据得到药条的燃速，其中，光电转换部包括与药条纵向并排设置的多个光电转换单元，多个光电转换单元互相平行设置且与药条垂直。通过记录点燃药条后透射光信号突变点随时间变化情况动态获得推进剂燃速。本发明的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法克服了光电法易受压强影响，测试精度低的缺点，具有结构简单、非接触式、测试精度高等优点。

Description

主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法
技术领域
本发明属于固体火箭推进剂的燃速测试领域，具体涉及一种主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法。
背景技术
固体火箭推进剂燃速参数是表征推进剂性能的重要参数之一，目前主要采用将固体推进剂制成药条的方式开展燃速测试，测试方法有靶线法、水下声发射法、光电法等。
光电法测试固体火箭推进剂的燃速是在试验器侧壁开一条与药条平行的光学窗口，在药条上下两端布置两个光电传感器来接收推进剂燃烧产生的火焰辐射信号，并记录药条燃烧时间，从而确定推进剂平均燃速。但是，在实际工作条件下，推进剂的燃速会受压强影响并发生变化，并且，固体推进剂燃烧时通常产生较多烟雾，这些烟雾使得药条燃烧火焰光衰减严重，两个光电传感器接收到的火线辐射信号减弱，从而导致固体推进剂的燃速测试不准确。
发明内容
本发明是为解决上述问题而进行的，目的在于提供一种结构简单、非接触式、测试精度高以及能够动态测试的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法。
本发明提供了一种主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置，用于动态测试燃烧室中由固体火箭推进剂制成的药条的燃速，其特征在于，包括：激光发射部，设置在燃烧室的一侧，用于发射出激光片光，包括用于发射出激光点光的激光发射单元以及用于将激光点光转换为激光片光的激光片光转换单元；光电转换部，设置在燃烧室的另一侧且与激光发射部相对应，用于接收穿过药条的激光片光的透射光并将激光片光的透射光的光信号转换为电信号；以及信号处理部，与光电转换部连接，用于处理电信号并得到与电信号相应的数据再基于数据得到药条的动态燃速，其中，光电转换部包括与药条纵向并排设置的多个光电转换单元，多个光电转换单元互相平行设置且与药条垂直。
本发明提供的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置，还可以具有这样的特征，还包括：光电探测调制部，与光电转换部连接，用于对光电转换单元进行调制与变换处理。
本发明提供的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置，还可以具有这样的特征：其中，光电转换单元包括用于增强激光片光的透射光光信号的增强透镜以及用于将激光片光的透射光光信号转换为电信号的光电晶体管。
本发明还提供了一种主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试方法，用于动态测试燃烧室中由固体火箭推进剂制成的药条的燃速，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，布置激光发射部和光电转换部，存储每个光电转换单元在与药条燃烧方向上对应的一维坐标x1，x2.....，xn，其中，n为正整数；步骤二，点燃药条，记录当前的时间；步骤三，动态记录光电转换单元接收到的穿过药条的激光片光的透射光光信号，确定激光片光的透射光光信号突变点对应的坐标值以及对应的时间；步骤四，根据坐标值与对应的时间绘制坐标值随对应的时间的变化曲线；步骤五，对变化曲线进行微分得到药条的动态燃速，进而推知固体火箭推进剂的燃速的动态燃速。
本发明提供的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试方法，还可以具有这样的特征：其中，在步骤五中，药条的动态燃速vt的计算方法为：
vt＝dx/dt
x为激光片光的透射光光信号对应的坐标值，t为药条燃烧时对应的时间。
发明作用与效果
本发明提供了一种主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法，动态测试装置包括激光发射部、光电转换部以及信号处理部，激光发射部用来发射出激光片光，光电转换部用来接收穿过燃烧条的激光片光透射光并将激光片光的透射光光信号转换为电信号，信号处理部用来处理电信号得到电信号相应的数据并基于该数据得到药条的动态燃速，由于本发明利用激光作为光源，根据激光经过药条后的透射光强信号来动态获得药条的燃速，使得本发明的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法克服了光电法易受压强影响、测试精度低的缺点，具有结构简单、非接触式、测试精度高等优点。
附图说明
图1是本发明的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置的结构示意图；
图2是本发明的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试方法的流程图；
图3是本发明的激光片光的透射光光信号突变点的坐标与药条燃烧的时间的变化曲线。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对发明的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法作具体阐述。
图1是本发明的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置的结构示意图。
如图1所示，主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置200用来动态测试燃烧室100中药条101的燃速。
燃烧室100是一个密闭容器，该密闭容器内的压强可以调节，用来开展特定实验条件下的测试，燃烧室100包括燃烧室主体103及两个透光窗102。两个透光窗102分别设置在燃烧室主体103的左、右侧面上，燃烧室100中设置有两个药条固定件104。药条101通过两个药条固定件104固定。启动燃烧室100外的点火装置(图中未显示)，点燃药条101的下部，使药条101从下往上燃烧，在本实施例中，透光窗102为光学窗口片102，药条101固定在燃烧室100中心处。
主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置200包括激光发射部10、光电转换部20、光电探测调制部30以及信号处理部40。主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置200用来动态测试燃烧室100中药条101的燃速。
激光发射部10设置在燃烧室100左侧的光学窗口片102的左边，它包括激光发射单元11以及激光片光转换单元12。
激光发射单元11用来发射出激光点光13，在本实施例中，激光发射单元11为激光器11。
激光片光转换单元12接收激光发射单元11发出的激光点光13，并将激光点光13转换为激光片光14，激光片光14照射在左侧的光学窗口片102上变成平行的激光片光14。在本实施例中，激光片光转换单元12为柱面透镜12。
光电转换部20设置在燃烧室100右侧的光学窗口片102的右边，它用来接收药条101燃烧后穿过药条101的激光片光14的透射光，并将穿过后的激光片光14的透射光光信号转换为电信号，光电转换部20包括多个光电转换单元21，多个光电转换单元21与药条101纵向阵列并排设置，多个光电转换单元21之间相互平行设置，每个光电转换单元21都与药条101垂直，如图1所示，在本实施例中，光电转换单元21有4个，光电转换单元21的数量可根据测试需要进行调整。
光电转换单元21包括增强透镜211以及光电晶体管212。
增强透镜211与右侧的光学窗口片102正对设置，它用来增强穿过药条101后激光片光14的透射光光信号。
光电晶体管212与增强透镜211光路连接，它用来将激光片光14的透射光光信号转换为电信号。
光电探测调制部30与所有的光电转换单元21连接，它用来对光电转换单元21进行调制与变换处理。在本实施例中，光电探测调制部30为控制电路30。
信号处理部40与控制电路30连接，它用来处理控制电路30控制处理后的电信号，得到与电信号相对应的数据，并根据该数据得到药条101的燃速。在本实施例中，信号处理部40为计算机40。
图2是本发明的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试方法的流程图。
如图2所示，主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试方法包括以下步骤：
步骤S1，将激光发射部10布置在左侧的光学窗口片102的左边，光电转换部20布置在右侧的光学窗口片102的右边，计算机40存储好每个光电转换单元21与药条101从下往上燃烧时对应的一维坐标x1，x2.....，xn，其中，n为正整数。
步骤S2，开始测试，点燃药条101，记录当前的时间。
步骤S3，计算机40动态记录光电转换单元21接收到的激光片光14的透射光光信号，并确定激光片光14的透射光光信号突变点对应的坐标值以及对应的药条101燃烧的时间。
步骤S4，计算机40根据坐标值与药条101燃烧的时间绘制坐标值随时燃烧的时间的变化曲线。
步骤S5，计算机40按下面公式对变化曲线进行微分处理得到药条101的动态燃速vt：
vt＝dx/dt
其中x为所述激光片光的透射光光信号突变点对应的坐标值，t为所述药条燃烧的时间，进而推出固体火箭推进剂的动态燃速。
图3是本发明的激光片光的透射光光信号突变点的坐标与药条燃烧的时间的变化曲线。
如图3所示，随着药条101不断燃烧，激光片光14透过药条的透射光光信号突变点的坐标不断增大，根据不同燃烧时间对应不同信号突变点的坐标，再根据计算机40的处理动态测试药条的燃速，并推知固体火箭推进剂的动态燃速，整个处理过程由计算机40完成。实施例作用与效果
本实施例提供了一种主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法，动态测试装置包括激光发射部、光电转换部以及信号处理部，激光发射部用来发射出激光片光，光电转换部用来接收穿过燃烧条的激光片光的透射光并将激光片光的光信号转换为电信号，信号处理部用来处理电信号得到电信号相应的数据并基于该数据得到药条的燃速，由于本实施例利用激光作为光源，根据激光经过药条后的透射光强信号来动态获得药条的燃速，使得本实施例的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置与方法克服了光电法易受压强影响，测试精度低的缺点，具有结构简单、非接触式、测试精度高等优点。
本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所述的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (5)

1.一种主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置，用于动态测试燃烧室中由固体火箭推进剂制成的药条的燃速，其特征在于，包括：
激光发射部，设置在所述燃烧室的一侧，用于发射出激光片光，包括用于发射出激光点光的激光发射单元以及用于将所述激光点光转换为激光片光的激光片光转换单元；
光电转换部，设置在所述燃烧室的另一侧且与所述激光发射部相对应，用于接收穿过所述药条的激光片光的透射光并将所述激光片光的透射光的光信号转换为电信号；以及
信号处理部，与所述光电转换部连接，用于处理所述电信号并得到与所述电信号相应的数据再基于所述数据得到所述药条的动态燃速，
其中，所述燃烧室包括分别设置在燃烧室主体的左、右侧面上的两个透光窗，
所述激光片光通过所述透光窗后成为平行的激光片光，
所述光电转换部包括与所述药条纵向并排设置的多个光电转换单元，多个所述光电转换单元互相平行设置且与所述药条垂直。
2.根据权利要求1所述的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置，其特征在于，还包括：
光电探测调制部，与所述光电转换部连接，用于对所述光电转换单元进行调制与变换处理。
3.根据权利要求1所述的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试装置，其特征在于：
其中，所述光电转换单元包括用于增强所述激光片光的透射光光信号的增强透镜以及用于将所述激光片光的透射光光信号转换为电信号的光电晶体管。
4.一种主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试方法，用于动态测试燃烧室中由固体火箭推进剂制成的药条的燃速，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将激光发射部和光电转换部分别设置在燃烧室主体的左、右侧面上的两个透光窗的两侧，所述激光发射部包括用于发射出激光点光的激光发射单元以及用于将所述激光点光转换为激光片光的激光片光转换单元，所述激光片光通过所述透光窗后成为平行的激光片光，
存储每个光电转换单元在与所述药条燃烧方向上对应的一维坐标x1，x2.....，xn，其中，n为正整数；
步骤二，点燃所述药条，记录当前的时间；
步骤三，动态记录所述光电转换单元接收到的穿过所述药条的激光片光的透射光光信号，确定所述激光片光的透射光光信号突变点对应的坐标值以及对应的时间；
步骤四，根据所述坐标值与对应的所述时间绘制所述坐标值随对应的所述时间的变化曲线；
步骤五，对所述变化曲线进行微分得到所述药条的动态燃速，进而推知所述固体火箭推进剂的动态燃速。
5.根据权利要求4所述的主动激光式固体火箭推进剂燃速动态测试方法，其特征在于：
其中，在所述步骤五中，所述药条的动态燃速vt的计算方法为：
vt＝dx/dt
x为所述激光片光的透射光光信号突变点对应的坐标值，t为所述药条燃烧时对应的所述时间。
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