CN109100147A - 一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置，属于固体发动机慢速烤燃技术领域。该实验装置通过设计特定尺寸的模拟固体发动机，并利用光电管监测固体发动机中燃烧波的传播特性，然后对信息处理系统采集的数据进行计算可以判定固体发动机慢速烤燃的响应程度。本发明所述装置装配简单，操作方便，测试结果可靠性高，实现对固体发动机慢速烤燃响应程度的有效评估，弥补了我国对固体发动机慢速烤燃响应程度进行预判的技术空白，有利于推动固体发动机在火箭和导弹上的应用进程。

Description

一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置
技术领域
本发明涉及一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置，属于固体发动机慢速烤燃技术领域。
背景技术
固体发动机是火箭和导弹的动力源，固体发动机在运输、贮存、维护及使用过程中可能遇到热、机械、静电、冲击波等外界刺激，在不同的外界刺激作用下可能发生燃烧或爆炸事故。热刺激是固体发动机全寿命周期中最常见的刺激源之一，因此，热刺激安全性也是科研机构和军方最关注的焦点。
慢速烤燃是表征固体发动机在低升温速率条件下热刺激安全性的主要方法。国外针对评估固体发动机慢速烤燃响应程度的装置开展了大量的研究工作，美国海军空战中心(NAWC)、美国圣地亚国家实验室以及荷兰TNO Prins Mayrits实验室都开发了慢速烤燃实验系统，可以预估慢速烤燃的响应程度。由于国内固体发动机慢速烤燃的起步较晚，反应机理不清、控制措施缺乏，特别是缺乏有效的预估实验系统，严重制约了固体发动机在火箭和导弹的应用进程。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置，通过设计特定尺寸的模拟固体发动机，并利用光电管监测模拟固体发动机中燃烧波的传播特性，根据采集的数据判定模拟固体发动机慢速烤燃的响应程度，为固体发动机慢速烤燃的响应程度预判提供参数。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置，所述实验装置包括模拟发动机、堵头、点火器、光电管、固体推进剂、加热系统以及信息处理系统；
模拟发动机是一个两端开放的中空圆柱体，外径70mm、内径20mm以及长度500mm，在模拟发动机的轴向方向上加工有五个以上等间距分布或者非等间距分布的径向光电管插口；
两个堵头分别安装在模拟发动机的两端，点火器安装在一个堵头的内端面上，模拟发动机上的每个光电管插口中安装一个光电管，固体推进剂装填在模拟发动机的内部；模拟发动机置于加热系统中，每个光电管分别与信息处理系统连接。
进一步地，模拟发动机的材料为45号钢。
进一步地，点火器采用电点火或者黑火药点火。
进一步地，加热系统的升温速率为0.1℃/min～10℃/min。
采用所述装置对固体发动机慢速烤燃响应程度进行判定的操作如下：
利用加热系统对模拟发动机进行加热直到设定温度，然后采用点火器进行点火，并用光电管监测模拟发动机内部燃烧波的变化情况，最后根据光电管的分布距离以及信息处理系统记录的信息采集时间计算燃烧波的速度，再根据燃烧波的速度确定模拟发动机慢速烤燃的响应程度。
有益效果：
本发明通过设计特定尺寸的模拟固体发动机，并利用光电管监测模拟固体发动机中燃烧波的传播特性，然后对信息处理系统采集的数据进行计算可以判定模拟固体发动机慢速烤燃的响应程度。本发明所述装置装配简单，操作方便，测试结果可靠性高，能够实现对固体发动机慢速烤燃响应程度的有效评估，弥补了我国对固体发动机慢速烤燃响应程度进行预判的技术空白，有利于推动固体发动机在火箭和导弹上的应用进程。
附图说明
图1为实施例1中所述模拟发动机的结构示意图。
其中，1-堵头，2-光电管插口，3-固体推进剂，4-模拟发动机，5-点火器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1
一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置，所述实验装置包括模拟发动机4、堵头1、点火器5、光电管、固体推进剂3、加热系统以及信息处理系统；
所述模拟发动机4是采用45号钢制成的一个两端开放的中空圆柱体，外径70mm、内径20mm以及长度500mm；在模拟发动机4的轴向方向上加工有五个等间距分布的直径为3mm的光电管插口2，按照加工位置依次标记为1号、2号、3号、4号和5号，两个光电管插口2之间的间距为50mm；
所述堵头1上加工有50mm长的螺纹，且螺距为2.5mm；
所述固体推进剂3为HTPB/AP/Al固体推进剂；
所述点火器5采用黑火药点火；
两个堵头1采用螺纹连接方式分别安装在模拟发动机4的两端，点火器5安装在一个堵头1的内端面上，模拟发动机4上的每个光电管插口2中安装一个光电管并采用环氧树脂进行密封，固体推进剂3装填在模拟发动机4的内部；模拟发动机4置于加热系统中，五个光电管分别与信息处理系统连接。
采用所述实验装置对HTPB模拟固体发动机慢速烤燃响应程度进行评估时：
先打开加热系统的电源，以3.3℃/min的升温速率对模拟发动机4进行加热直至设定温度，然后采用点火器5进行点火，并用光电管监测模拟发动机4内部燃烧波的变化情况，信息处理系统对光电管采集的信息进行处理和存储；其中，点火器5点火时间与1号光电管信息采集的时间间隔为4546.4ms、1号光电管与2号光电管的信息采集时间间隔为746.3ms，2号光电管与3号光电管的信息采集时间间隔为328.9ms，3号光电管与4号光电管的信息采集时间间隔为39.2ms，4号光电管与5号光电管的信息采集时间间隔为0.02ms；
结合光电管之间50mm的间隔，计算得到燃烧波的速度分别为0.011m/s、0.067m/s、0.152m/s、1.278m/s、2516.271m/s。由此可知，燃烧在第四个光电管之后已经转换成为爆轰波，速度达到爆炸的速度(超过2000m/s)。根据实验结果可以判定HTPB模拟固体发动机在慢速烤燃中的响应成为爆炸，可以判定此类HTPB固体发动机在慢速烤燃过程中的响应程度为爆炸以上级别。
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 (4)

1.一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置，其特征在于：所述实验装置包括模拟发动机(4)、堵头(1)、点火器(5)、光电管、固体推进剂(3)、加热系统以及信息处理系统；
模拟发动机(4)是一个两端开放的中空圆柱体，外径70mm、内径20mm以及长度500mm；在模拟发动机(4)的轴向方向上加工有五个以上光电管插口(2)；
两个堵头(1)分别安装在模拟发动机(4)的两端，点火器(5)安装在一个堵头(1)的内端面上，模拟发动机(4)上的每个光电管插口(2)中安装一个光电管，固体推进剂(3)装填在模拟发动机(4)的内部；模拟发动机(4)置于加热系统中，每个光电管分别与信息处理系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置，其特征在于：模拟发动机(4)的材料为45号钢。
3.根据权利要求1所述的一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置，其特征在于：点火器(5)采用电点火或者黑火药点火。
4.根据权利要求1所述的一种评估固体发动机慢速烤燃响应程度的实验装置，其特征在于：加热系统的升温速率为0.1℃/min～10℃/min。
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