CN107182235B - 一种火箭发动机水下试验台架的布放与回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火箭发动机水下测试平台的布放和回收装置，包括水下台架、承力钢缆、通信点火电缆、导向钢缆、启吊钢缆、万向节、吊环螺钉、重块、牵引索、牵引环、卸扣和万向节，外围设备为控制系统和绞车；其中：待测的水下火箭发动机对称反向安装在水下台架上，吊环螺钉、启吊钢缆、卸扣、万向节、卸扣和承力钢缆顺序连接后与水下台架连接，导向钢缆一端连接船甲板的导向钢缆绞车，另一端连接重块，牵引索一端连接水下台架，一端通过牵引环连接到导向钢缆上。本发明采用二根钢缆、一根电缆的组合使用方法，有效解决了发动机水下试验时点火、信号采集、台架姿态稳定及钢缆、电缆相互缠绕，台架不能正常布放与回收的难题。

Description

一种火箭发动机水下试验台架的布放与回收装置

技术领域

本发明涉及一种火箭发动机水下测试装置，特别涉及一种火箭发动机水下试验台架的布放与回收装置，属于火箭发动机试验领域。

背景技术

水下火箭发动机是一种工作在深海高背压环境条件下的动力系统。它结构简单、启动快、可靠性高，能在水下短时间高速推进。因而是水下导弹、鱼雷、主动攻击水雷、超空泡射弹等水下武器的主要推进动力之一。

水下火箭发动机和其它火箭发动机一样，设计加工好后均需要进行台架试验，以对发动机推力、燃烧室压力、发动机内弹道特性和发动机结构完整性进行考核。然而由于深水高背压环境的复杂性和深水试验的艰难性，水下火箭发动机一直无法在真实的海洋环境条件下进行试验，只能通过地面台架试验获得参数，然后再将地面测得的参数按空中导弹火箭发动机的计算方法换算到水下，因而这难免带有主观性和片面性，对计算和修正所需的一些参数估计缺乏科学依据。

几十年来水下火箭研究证明，由于深水火箭发动机设计水平的差异及水下火箭喷气喘流的影响，通过地面台架试验预估的水下火箭发动机理论推力和火箭发动机水下实测的实际推力误差最大可达32％，如对某型主动攻击水雷火箭发动机进行水下弹道实际测量时，在一定水下深度处，也发现其水下推力和理论计算值相差甚远，其原因至今无法用现有的理论解释。在某主动水雷的研制过程中，火箭发动机是瓶颈技术之一，由于缺乏水下试车装置，无法得到真实地火箭发动机水下参数，使产品不可避免的出现多次反复。此外，水下发动机的振动特性、喷气噪声特性、水下流场特性等都是水雷兵器设计中十分关键和重要的参数，然而，我们至今都还没有办法测量到。

国外美国研究了深达到840米(原文资料报道为2800英尺)的实验室发动机水下试车模拟装置，该装置的允许最大发动机推力小于50N，利用该模拟装置，美国研究了海洋大背压环境条件下，激波对喷管流体分离的影响、大背压对火箭排气的惯性效应、喷气流对流体动力阻力的影响、发动机的水下喷气噪声机理及对声自导头的干扰等问题。该发动机试车模拟装置的最大不足是：仅能进行水下发动机缩比试验，不能进行全尺寸发动机水下试验。

火箭水下台架是为解决上述难题，而设计的一种水下测试平台。该测试平台完全利用江、河、湖、海的自然环境条件，从而为水下工作的火箭发动机提供了真实、直接的物理测量手段。由于为真实的水下无限边界条件，所以不存在边界反射干扰问题。同时由于该测量方法不需要昂贵、复杂和危险的环境模拟装置，因而测量手段和方法简单易行，成本相对较低。

但如何把火箭水下台架吊放到数百米水深进行试验，如何在试验完后完整回收试验产品和装置，如何保证试验过程中装有数百公斤火药的发动机安全则是本发明宗旨。

发明内容

本发明提供一种火箭发动机水下试验台架的布放与回收方法，为火箭发动机的水下试验测试提供一种行之有效的方法与手段，

一种火箭发动机水下试验台架的布放与回收装置，包括水下台架、承力钢缆、通信点火电缆、导向钢缆、启吊钢缆、万向节、吊环螺钉、重块、牵引索、牵引环、水下火箭发动机、卸扣、万向节，外围设备为控制系统、试验船、电缆绞车、导向钢缆绞车和船用吊车；其中：两个待测试的水下火箭发动机对称反向安装在水下台架上，吊环螺钉均匀固定安装在水下台架上，与吊环螺钉相配的启吊钢缆通过卸扣连接到水下台架上，启吊钢缆通过卸扣合为一力点，卸扣通过一个卸扣再连接到万向节上，万向节通过卸扣连接到承力钢缆上，承力钢缆与承力钢缆绞车连接；通讯点火电缆从船甲板上的控制系统引出，经电缆绞车向下入水，通过水下台架连接到水下火箭发动机的点火器中；导向钢缆一端连接船甲板的导向钢缆绞车，另一端连接重块，在重力的作用下，导向钢缆被张紧；牵引索一端连接水下台架，一端通过牵引环连接到导向钢缆上。

当水下台架在布放、测试、回收过程中，在绞车和承力钢缆的作用下，上下运动时，牵引索带动牵引环沿导向钢缆同步上下运动。若因水流扰动或发动机推力偏心致测试台架发生旋转，受作用在导向钢缆上的牵引索和牵引环限制，水下台架只能绕承力钢缆转动一个较小的角度，在达到力平衡时而静止。从而避免了因水下台架的旋转，承力钢缆和通信点火电缆产生的绞缠问题，万向节能尽可能减缓因承力钢缆承重、钢缆纽力释放而产生的水下台架旋转；进而保证了水下台架的布放、试验和回收。

其工作流程为：

①试验前准备。首先将水下火箭发动机安装、固定在水下台架上，待测试系统调试正常后，再在水下台架上安装承力钢缆和通信点火电缆，将承力钢缆和通信点火电缆的另一端绕在各自的绞车上。

②设置导向钢缆。利用船用吊车将导向钢缆和所悬挂的重物放入海面，并用绞车收紧钢缆，吊车脱钩后，用绞车将导向钢缆和重物释放到水中，当下放水下钢缆的长度(悬挂重物所处深度)大于火箭发动机设定试验深度10米以上时，导向钢缆绞车锁定。

③布放水下台架。船用吊车把水下台架从船甲板吊放到水面，绞车2收紧承力钢缆，吊车脱钩，回船甲板就位。用牵引索和牵引环连接测试台架和导向钢缆，然后启动绞车同步释放承力钢缆和通信点火电缆，下放的过程中，牵引环沿导向钢缆下移，并通过牵引索连接水下测试台架和导向钢缆，测试台架到达设定的试验水深时，停止放缆。

④发动机点火试验。船甲板上的控制单元通过通信和点火电缆给水下发动机发送点火信号，发动机点火，试车台数据采集系统自动采集和记录发动机水下工作的数据，如燃烧室工作压力、发动机水下推力等。

⑤回收水下台架。发动机点火试验结束后，船用绞车同步回收承力钢缆和通信点火电缆。牵引环沿导向钢缆上移，水下测试台架被从水中提升到水面。从导向钢缆中卸开牵引环，吊车把水下台架回收到船甲板，更换试验发动机，准备下次试验。

有益效果：

①用一根承力钢缆、一根通讯点火电缆、一根导向钢缆的组合方式，解决了水下台架因水下流体或其它原因扰动，所产生的台架旋转，导致钢缆、电缆相互缠绕，试验无法进行的问题；

②采用有线电缆连接船甲板试验控制台和水下台架的方法，不但实现了试验测试参数的实时传输，而且解决了火箭发动机的安全点火问题。

附图说明

图1-水下台架架海中试验时，缆绳连接示意图

其中：1-承力钢缆、2-通信点火电缆、3-导向钢缆、4-牵引环、5-水下火箭发动机、6-重块、7-牵引索、8-水下台架、9-吊环螺钉、10-卸扣I、11-启吊钢缆、12-卸扣II、13-万向节、14-卸扣III。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，是本实施例发动机水下测试车台水下试验时的详细缆索连接图，具体组成功能为：

水下台架8安装有2台推力大小相等、方向相反火箭发动机5；4个吊环螺钉9均匀安装固定在水下台架上，与之相配的4根起吊钢缆11通过卸扣10连接到水下测试台8上，启吊钢缆11通过卸扣12合为一力点，卸扣12通过一个转接卸扣再连接到万向节13上，万向节13通过卸扣14连接到承力钢缆1上。

通讯点火电缆2从船甲板上的试验控制柜引出，经电缆绞车向下入水，通过发动机测试台8连接到水下火箭发动机5的点火器中。

导向钢缆3上连船甲板的绞车，下连重块6，在重力的作用下，导向钢缆3被张紧。牵引索7一端连接水下台架8，一端通过牵引环4连接到导向钢缆3上。当水下台架8在布放、测试、回收过程中，在绞车和承力钢缆1的作用下，上下运动时，牵引索7带动牵引环4沿导向钢缆3同步上下运动。若因水流扰动或发动机推力偏心致水下台架8发生旋转，受作用在导引钢缆上3的牵引索7和牵引环4限制，水下台架8只能绕承力钢缆1转动一个较小的角度，在达到力平衡时而静止。从而避免了因水下台架的旋转承力钢缆1和通信点火电缆2的绞缠问题，进而保证了水下台架的布放、试验和回收。

万向节13是用来尽可能减缓因承力钢缆1承重、钢缆纽力释放而产生的水下台架8旋转问题。

本实施例试车台长6000mm，高1200mm，阔1000mm，水下自重(含铅块配重1000kg)3000kg，设计最大工作水深400m，海流≤2kn，发动机测量最大水下推力25000N，最大燃烧室工作压强24MP_a，测量推力误差≤1.2％，压力误差0.1％，试验发动机最大长度小于2000mm，最大外径533mm。

承力钢缆直径为24mm，额定拉力50Kn，导向钢缆设计同承力钢缆；通信与点火电缆直径为27mm，额定张力5Kn，共46芯，其中电源线2根，信号线40芯，屏蔽线4芯。

本实施例具体试验流程如下：

将水下台架8吊放到试验船甲板上，然后试验船载运该装置到满足试验深度要求和水文环境要求的海域，进行锚泊或漂泊。

首先将2台推力大小相等，方向相反水下火箭发动机安装固定在水下台架8上，然后安装测压和测力传感器。

把通信点火电缆绞车上的电缆一端接船甲板上的控制系统，并短接点火点火源；另一端通过水密插头连接到水下火箭发动机点火器的水密插座上。

随后把承力钢缆绞车上钢缆1的一端牵出，在穿过卸扣III14后，再分开反插入钢丝绳中，使卸扣III14和承力钢丝绳连为一体。卸扣III14销轴连接到万向节13的上端，万向节13的下端连接另一卸扣，该卸扣再连接挂有4根起吊钢丝绳11的卸扣II 12，起吊钢缆11的下端通过卸扣I 10、起吊螺钉9连接到水下台架8上。

将导向钢缆绞车上的导向钢缆3的一端连接到重块6上。然后用吊车将重块吊放到水面，导向钢缆绞车收紧，吊车脱钩回位，启动导向钢缆绞车将悬挂重块的导向钢缆3和重块6释放到设定的水深，然后导向绞车锁紧。

船用吊车将连接好承力钢缆1和通信点火电缆2的水下台架8从船甲板吊放到水面，承力钢缆绞车收紧钢缆，吊车脱钩后回到船甲板就位。将牵引索7的一端连水下台架8，另一端连牵引环4，卸开牵引环4销轴，将牵引环套在导向钢缆3中，然后锁紧销轴。

承力钢缆绞车和通信点火绞车同步释放水下台架8入水，到达设定深度时，承力钢缆绞车和通信点火绞车锁紧。

船甲板上的控制系统启动试验控制程序，检测水下台架8的水下状态。当水下台架8状态正常时，启动点火按钮，水下发动机点火工作，试验工作参数通过电缆传到水面控制系统计算机中存盘和处理。

启动承力钢缆绞车和通信点火电缆绞车同步回收水下台架8，水下台架8回收到水面后，从导向钢缆3上卸开牵引环4。吊车把水下台架8吊回船甲板。

卸下试验过的旧发动机，更换待试的新发动机，准备下次试验。

Claims (1)

1.一种火箭发动机水下试验台架的布放与回收装置，包括水下台架(8)、承力钢缆(1)、通信点火电缆(2)、导向钢缆(3)、重块(6)、牵引索(7)、牵引环(4)、水下火箭发动机(5)、启吊钢缆(11)、吊环螺钉(9)、卸扣I(10)、卸扣II(12)、卸扣III(14)、万向节(13)，外围设备为控制系统、试验船、电缆绞车、导向钢缆绞车、承力钢缆绞车和船用吊车；其特征在于：两个待测试的水下火箭发动机(5)反向对称安装在水下台架(8)上，吊环螺钉(9)固定安装在水下台架(8)上，与吊环螺钉(9)相配的启吊钢缆(11)通过卸扣I(10)连接到水下台架(8)上，启吊钢缆(11)通过卸扣II(12)合为一力点，卸扣II(12)通过卸扣再连接到万向节(13)上，万向节(13)通过卸扣III(14)连接到承力钢缆(1)上，承力钢缆(1)与承力钢缆绞车相连；通讯点火电缆(2)从船甲板上的控制系统引出，经电缆绞车向下入水，通过水下台架(8)连接到水下火箭发动机的点火器中；导向钢缆(3)一端连接导向钢缆绞车，另一端连接重块(6)；牵引索(7)一端连接水下台架(8)，一端通过牵引环(4)连接到导向钢缆(3)上。