CN108825407B - 一种固体火箭发动机地面高过载测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，属于固体发动机地面测试领域。本发明是基于B类立式地面高过载测试装置作出的改进设计，在B类固体火箭发动机地面高过载测试装置的基础上增加了风阻减小外圆环、多角度测量装置A和地上地下部分连接盘。本发明是为了解决现有B类固体火箭发动机地面高过载测试装置结构功能单一、结构复杂、拆卸维护困难、风阻较大的问题。本发明应用于固体火箭发动机地面高过载试验。该装置能够实现：(1)对固体发动机高过载下不同过载角度的固体火箭发动机内弹道性能的测试；(2)测试可获得压力、温度、转速等参数；(3)结构简单，拆卸安装维护方便；(4)大大减小转台转动过程中的风阻。

Description

一种固体火箭发动机地面高过载测试装置

技术领域

本发明涉及一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，属于固体发动机地面测试领域。

背景技术

现代导弹武器具有速度高、机动性大的特点，所以现代导弹武器有着向高速度、高加速度、强机动性的发展趋势，这类导弹武器在飞行过程中会面临着来自各种方向的高过载，导弹武器在机动过载的情况下，会对发动机产生严重的影响，主要体现在固体推进剂装药在高过载下的燃烧过程和燃烧速度与静态情况完全不同。严重情况下也可能会造成发动机燃烧室内壁绝热层的脱粘，加大固体火箭发动机被烧穿的可能性，甚至可能会造成燃烧室内固体药柱的碎裂，造成难以想象的后果，所以为了避免这种情况的发生，这就对火箭发动机制造技术提出了很高的设计技术要求和设计工艺要求。

目前，对于世界各国来说，发动机在工作过程中出现的各种高过载问题是固体火箭发动机研究和设计中的重点和难点问题之一。因此，高过载条件下发动机工作性能的研究，即高过载的工作环境对固体火箭发动机的各项工作性能的影响，对于固体火箭发动机的研究和设计来说，目前对世界各国来说，是十分重要而迫切的问题。

开展高过载地面试验研究，了解高过载效应及其试验时的现象，对于预测固体火箭发动机在高过载条件下的工作性能是十分必要的。而由于试验手段及测试技术的限制，国内外的地面高过载测试装置存在很多问题。国内外现有的固体火箭发动机地面高过载测试装置主要存在两种结构：A类--卧式地面高过载测试装置(Fuchs M,Peretz A,TimnatY.A parametric study of the effect of acceleration on the burning rate ofmetalized solid propellants[J].Concurrency Practice&Experience,2006,11(2):93–108.)，B类--立式地面高过载测试装置(Baker K L,Crowe C T,Willoughby P G.Aphotographic and analytic study of composite propellant combustionin anacceleration field[J].Journal of Spacecraft&Rockets,2015,8(4):122-126.)。本发明是基于B类地面高过载测试装置，对不足之处做出的改进设计，B类地面高过载测试装置存在以下问题：(1)测试装置功能单一，难以实现不同过载大小、不同过载角度下试验的验证；(2)结构复杂，需要对整个测试装置台体拆卸才能更换地下驱动部件，造成地上地下部分维护困难；(3)直线悬臂结构在转动过程中的风阻较大，电机消耗功率相对于理论值有较大增加。

发明内容

为了解决现有B类固体火箭发动机地面高过载测试装置结构功能单一、结构复杂、拆卸维护困难、风阻较大等问题，本发明提供一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，应用于固体火箭发动机地面高过载试验。该装置能够实现以下特点：(1)进行固体发动机高过载下不同过载角度的固体火箭发动机内弹道性能的测试；(2)测试可获得压力、温度、转速等参数；(3)结构简单，拆卸安装维护方便；(4)大大减小转台转动过程中的风阻。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，在B类固体火箭发动机地面高过载测试装置的基础上增加了风阻减小外圆环、多角度测量装置A和地上地下部分连接盘。

所述外圆环为半圆环形结构；外圆环内环边缘与外圆环连接件固定连接，外圆环连接件另一边缘与大悬臂外侧固定连接；外圆环连接件为顶端为平角的类V型结构；V型结构两条边形成的夹角为67度，外圆环与大悬臂外端的距离为160mm；所述外圆环能够实现减小风阻，在该设计中，当旋转台转速达到435转/分(过载150g)时，无外圆环时，旋转台的风阻为81.15N×m，而有外圆环时，旋转台风阻为32.54N×m，可见，通过增加外环可以将风阻降低为原来的0.4倍。

所述多角度测量装置A包括：连接杆、环形托盘后盖、T型连接件、环形托盘、环形托盘焊块、环形托盘心轴和环形托盘前盖；在多角度测量装置A中，主要由环形托盘组件构成。在环形托盘组件中，环形托盘与环形托盘后盖和环形托盘前盖通过圆柱销连接在一起，T型连接件与环形托盘后盖通过螺栓连接，环形托盘焊块与环形托盘有一大小相当的圆形通孔，连接时，从环形托盘内将环形托盘心轴穿过环形托盘和环形托盘焊块，并通过大悬臂上的圆孔与环形托盘心轴连接，最后用螺母固定环形托盘心轴。T型连接件与T型连接块通过连接杆连接两端，用于固定托盘组件和中心转盘。所述多角度测量装置A能够实现多角度测量，通过改变连接杆的长度，可以使得环形托盘组件中环形托盘的轴线方向与水平方向夹角的改变，从而完成固体火箭发动机地面高过载测试装置多角度测量。

所述连接盘为圆形法兰盘结构，中间开有阶梯状大小不同的圆孔；连接盘通过螺钉固定连接在承载轴上，传动主轴则是通过连接盘进行限位固定，保证安装时传动主轴与承载轴限位连接；所述连接盘能够实现地上地下拆卸安装维护方便，相比于传统的B类固体火箭发动机地面高过载测试装置地上地下部分的一体连接，该测试装置可以仅仅拆卸连接盘，实现传动主轴和承载轴分离，简化了地上地下部分的维护。

有益效果

1.本发明公开的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，通过改进B类固体火箭发动机地面高过载测试装置，在转台部分增加外圆环连接，实现转动过程中转台风阻减小功能，风阻减小为不加外圆环的0.4倍。

2、本发明公开的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，转动机构当用于分析不同过载角度对发动机装药燃烧性能影响时，改变T型连接件与T型连接块之间连接杆的长度，使得环形托盘轴线与水平线之间的夹角呈不同过载角度，实现不同过载角度对发动机装药燃烧性能影响的研究。

3、本发明公开的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，通过改进地上地下连接部分的连接盘，使得传动主轴和承载轴易于安装与拆卸，相比于原来B类的固体火箭发动机地面高过载测试装置有着结构简单、安装拆卸方便的特点。

附图说明

图1为一种固体火箭发动机地面高过载测试装置示意图；

图2为一种固体火箭发动机地面高过载测试装置风阻减小外圆环示意图；

图3为一种固体火箭发动机地面高过载测试装置多角度测量装置结构示意图(用于验证不同过载角度对发动机装药燃烧性能影响)；

图4为一种固体火箭发动机地面高过载测试装置地上地下连接盘分示意图；

图5为T型连接块示意图。

图中零件编号如下：

1-外圆环、2-外圆环连接件、3-T型连接块、4-大悬臂、5-连接杆、、6-环形托盘后盖、7-T型连接件、8-环形托盘、9-环形托盘焊块、10-环形托盘心轴、11-环形托盘前盖、12-连接盘、13-承载轴和14-传动主轴。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实施例公开的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置包括驱动机构、支撑机构和转动机构，与B类固体火箭发动机地面高过载测试装置结构基本相同。所述的驱动机构包括变频电机、第一联轴器、传动输出轴、换向器、换向输出轴、第二联轴器、传动主轴。所述支撑机构包括承载轴、轴承端盖、轴承、轴承座、机架、轴承挡板。所述转动机构包括大悬臂、T型连接块、外圆环连接件、外圆环、侧悬臂、中心方箱、盖板、环形托盘后盖、T型连接件、环形托盘、环形托盘焊块、环形托盘心轴、环形托盘前盖。

如图2所示，外圆环1为半圆环形结构；外圆环1两侧各有四个圆孔，呈矩形排列，内环边缘与外圆环连接件2的一端面利用螺栓固定连接，外圆环连接件另一端面与大悬臂4外侧利用螺栓固定连接，外圆环1与大悬臂4外端的距离为160mm，在发动机固定位置的两边，外圆环1分别对称布置；大悬臂4基本呈矩形长条块结构，外端侧有四个圆通孔，与外圆环连接件2的圆形通孔成对应关系；外圆环连接件2为顶端为平角的类V型结构；V型两边各有四个圆孔呈矩形排列，与外圆环1上的圆孔成对应关系，V型结构两条边形成的夹角为67度；当旋转台转速达到435转/分(过载150g)时，无外圆环1时，旋转台的风阻为81.15N×m，而有外圆环1时，旋转台风阻为32.54N×m，可见，通过增加外环可以将风阻降低为原来的0.4倍。

如图3所示，A为一种固体火箭发动机地面高过载测试装置多角度测量装置结构示意图。本装置包括：连接杆5、环形托盘后盖6、T型连接件7、环形托盘8、环形托盘焊块9、环形托盘心轴10和环形托盘前盖11；在多角度测量装置A中，主要由环形托盘组件构成。在环形托盘组件中，环形托盘8与环形托盘后盖6和环形托盘前盖11通过圆柱销连接在一起，T型连接件7与环形托盘后盖6通过螺栓连接，环形托盘焊块9与环形托盘8有一大小相当的圆形通孔，连接时，从环形托盘内将环形托盘心轴10穿过环形托盘8和环形托盘焊块9，并通过大悬臂4上的圆孔与环形托盘心轴10连接，最后用螺母固定环形托盘心轴，环形托盘组件安装完成。环形托盘组件与转台的连接则是通过连接杆5，连接T型连接件7上的T型突出圆孔与T型连接块3(如图5所示)T型下端的凹槽处连接两端，用于固定托盘组件和中心转台。本装置能够实现多角度过载测量，通过改变连接杆5的长度，可以使得环形托盘组件中环形托盘8的轴线方向与试验台水平线之间的夹角呈15°、30°、45°、60°、75°和90°等不同过载角度，从而完成固体火箭发动机地面高过载测试装置多角度过载测量。

如图4所示，为固定传动主轴14和承载轴13的连接盘12，呈圆形法兰盘结构。连接盘中间开有阶梯状大小不同的圆孔；连接盘12通过螺钉固定连接在承载轴13上，传动主轴14则是通过连接盘12上阶梯状的圆孔进行限位固定，保证安装时传动主轴14与承载轴13限位连接；所述12能够实现地上地下拆卸安装维护方便，相比于传统的B类固体火箭发动机地面高过载测试装置地上地下部分的一体连接，该测试装置可以仅仅拆卸连接盘12，实现传动主轴14和承载轴13分离，简化了地上地下部分的维护。

本实施例公开的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤一：根据试验目的确定发动机过载角度、电机转速；

步骤二：按照一般B类固体火箭发动机地面高过载测试装置连接所述的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，将改进设计按照连接方式连接到所述的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置；

步骤三：检查所述的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置的合理性及装配的稳固性；

步骤四：试验开始前，开启电机带动转动机构转动，测试驱动机构、支撑机构和转动机构之间连接的紧密性；

步骤五：试验开始前，固定好一种固体火箭发动机地面高过载测试装置多角度过载测量装置，开启电机带动转动机构转动，测试多角度过载测量装置与旋转台连接的紧密性；

步骤六：若所述的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置转动时明显失速，或是一种所述的多角度过载测量装置转动时出现明显松动情况，重复步骤四或步骤五直到地面测试装置达到预期要求；

步骤七：当所述的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置用于分析不同过载角度对发动机装药燃烧性能影响时，保持变频电机的频率50Hz不变，保证电机转速固定。试验中，改变连接T型连接件7与T型连接块3(如图5所示)的连接杆5长度，使得环形托盘8轴线与试验台水平线之间的夹角呈15°、30°、45°、60°、75°和90°不同过载角度，实现不同过载角度对发动机装药燃烧性能影响的研究。

以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不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，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，其特征在于：在B类固体火箭发动机地面高过载测试装置的基础上增加了风阻减小外圆环、多角度测量装置A和地上地下部分连接盘；

所述的B类固体火箭发动机地面高过载测试装置为卧式地面高过载测试装置；地面测试装置的旋转部件通过承载部件与动力输入部件的换向器、电机连接；承载部件为支撑结构，连接旋转部件与动力输入部件，并承受旋转部件的重量；

所述外圆环为半圆环形结构；外圆环内环边缘与外圆环连接件固定连接，外圆环连接件另一边缘与大悬臂外侧固定连接；外圆环连接件为顶端为平角的类V型结构；

所述多角度测量装置A包括：连接杆、环形托盘后盖、T型连接件、环形托盘、环形托盘焊块、环形托盘心轴和环形托盘前盖；多角度测量装置A由环形托盘组件构成；在环形托盘组件中，环形托盘与环形托盘后盖和环形托盘前盖通过圆柱销连接在一起，T型连接件与环形托盘后盖通过螺栓连接，环形托盘焊块与环形托盘有一大小相当的圆形通孔，连接时，从环形托盘内将环形托盘心轴穿过环形托盘和环形托盘焊块，并通过大悬臂上的圆孔与环形托盘心轴连接，最后用螺母固定环形托盘心轴；T型连接件与T型连接块通过连接杆连接两端，用于固定托盘组件和中心转盘；

所述连接盘为圆形法兰盘结构，中间开有阶梯状大小不同的圆孔；连接盘通过螺钉固定连接在承载轴上，传动主轴则是通过连接盘进行限位固定，保证安装时传动主轴与承载轴限位连接。

2.如权利要求1所述的一种固体火箭发动机地面高过载测试装置，其特征在于：所述类V型结构两条边形成的夹角为67度，外圆环与大悬臂外端的距离为160mm。

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