CN109444216A - 贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于固体燃料冲压发动机技术领域，具体涉及一种贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构。所述测量结构使用热电偶，将头部焊点深入药柱内一定位置，当燃面推移接触到热电偶头部时，热电偶输出升温信号，从而获得燃面位置与点火之间的变化时间，得到该位置燃面推移速度。本发明的优点在于使用热电偶作为靶线测量，解决了固体燃料冲压发动机装药燃面燃速测量可靠性差的难题。设计整体式热电偶靶线测量耙，安装方便，结构简单，使用可靠。有效实现了贴壁装药的燃面推移规律的测量。

Description

贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构
技术领域
本发明属于固体燃料冲压发动机技术领域，具体涉及一种贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构。
背景技术
固体燃料冲压发动机工作过程中，来流高速空气流通过进气道压缩面产生的激波系减速增压进入燃烧室后流经药柱表面，装药受热分解并与空气掺混燃烧放热，燃气流经补燃室进一步燃烧放热后，最后经喷管加速排出发动机外并产生推力。因此为获取固体燃料冲压发动机性能，需要在直连式试车台进行地面试验。模拟相应来流条件，与试验件内装药发生燃烧。通过测量补燃室总压、静压，推力，获取4截面总温，根据来流温度，和燃气燃烧理论放热，使用温升法获得燃烧效率。但计算补燃室燃烧效率需要获得燃气流量，才能完成运算。原有固体火箭冲压发动机装药在燃气发生器内独立燃烧产生一次燃气，可以测量压强时间曲线获得燃气流量。而固体燃料冲压发动机壁面浇注装药，无法设置测压孔，且装药在空气流动下燃烧，其燃面变化规律受气流影响。因此获得燃面推移规律是获得燃气流量的重要途径。
通常，固体装药一般采用靶线测量获得燃烧时间。针对贴壁装药，传统靶线只能对折安装在装药之内。通过获得点火到燃面推移至靶线头部时刻，获得该局部点燃烧时间。有两种方案，一是使用整根漆包线，中部对折成U形，深入药柱内部，两端引出接电并检测熔断信号。当燃面接触到对折点时，靶线熔断，通过测量其熔断信号获得燃面位置-时刻关系，进而获得燃面推移规律。二是使用两根漆包线，头部剥离出铜线，平行排列并用胶进行封装，两线裸露间距不超过1mm，将头部深入药柱内部，两端引出接电并检测通电信号，当燃面接触到两线头部时，燃面火焰内存在等离子体，等离子体导电接通，产生通电信号，从而获得燃面位置。但这两种方案在使用中可靠度低，经常无法辨识熔断信号，使得无法实现燃面推移的测量。
原有固体冲压发动机燃气发生器内装药独立燃烧，可通过设置压力传感器获得燃气流量，而固体燃料冲压发动机装药在气流作用下燃烧，各部位装药与气流耦合燃烧，燃速分布不同。既没有空间布置压力传感器也无法获得整体的燃速分布，需要通过靶线测量获得燃面推移规律。
传统靶线测量主要问题是可靠性低。由于装药贴壁浇注，使得靶线在装药之内只能对折安装。原有靶线方案可靠性低，第一种存在的主要问题是当火焰燃烧至前端时靶线是否能准确传回熔断信号。由于靶线折转，进路回路相聚非常近，火焰燃烧温度很高，有可能将折转点后的靶线烧融在一起，或火焰内等离子场导电，使得回路导电，无法正常传回导电信号。第二种方案存在的问题则相反，燃面等离子体导电的可靠性有待验证，能否导电传回通路信号或可能出现通电不稳定，信号不能被认出。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种可靠度高的靶线测量方案，获取贴壁装药的燃速与燃气流量。获得装药在强制气流烧蚀下的燃烧规律。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构，所述测量结构使用热电偶，将头部焊点深入药柱内一定位置，当燃面推移接触到热电偶头部时，热电偶输出升温信号，从而获得燃面位置与点火之间的变化时间，得到该位置燃面推移速度。
其中，在地试装药燃烧室预先设置多个对应的通孔及安装接口，所述测量结构设有多个，通过所述多个通孔及安装接口设置于装药燃烧室内。
其中，安装过程中，将测量结构预埋在接口处，并将热电偶头部焊点深入药柱内一定位置。
其中，在地试装药燃烧室内布设分别处于四个象限的四组通孔及安装接口，对于每组通孔及安装接口分别设置一套所述测量结构，分处于四个象限的测量机构，其沿补燃室的纵向方向，处于不同的纵向位置，且其内由热电偶构成的靶线伸出的长度互不相同，从而使得深入药柱内的深度互不相同。
其中，在设置完四个象限的测量结构后，进行贴壁浇铸加工装药，使靶线埋设在装药内不同深度；在点火装药发生燃烧后。可以获得四个象限不同截面的点火后靶线熔断时间，从而测量燃面变化。
其中，所述测量结构为一热电偶测量耙，其为整体式组件，包括：金属底座、靶线、绝缘保护套、测量导线及插头；
其中，金属底座内打通孔，将热电偶埋设在内成为测温用的靶线，热电偶外围及伸出部分外包围有绝缘保护套，实现浇药及使用中的绝缘，支撑、保护作用，仅露出头部测点测量温度；
热电偶尾部连接测量导线及插头，在试验时接入测量系统测量升温时刻；
使用密封胶将各部分连接固定，在浇药前将金属底座固定至地试地试装药燃烧室对应的安装接口，并进行密封。
其中，通过不同的热电偶伸出长度L控制热电偶在装药内的测量深度，实现装药内燃面位置的测量。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明改进了固体燃料冲压发动机等贴壁浇注装药燃烧推移规律测量的方案。本发明使用测温热电偶作为低成本靶线，可靠实现了装药地面试验的燃面推移测量，获取燃速与燃气流量。为解决装药在强制气流烧蚀下的燃烧规律奠定了基础。
具体而言，本发明具备如下技术特征：
(1)热电偶靶线选择
本发明使用热电偶作为测量靶线，通过记录燃面到达头部测点室的升温信号，获得燃面位置变化时间，避免了传统漆包线靶线测量时导线烧结导致的信号无法辨识的问题出现。
(2)整体式靶线结构设计
本发明设计了整体式热电偶靶线测量耙，解决了预埋靶线的安装问题，和测量使用问题。使用绝缘保护套支撑，可以保证测点位置在装药内不发生变动，测点不被损伤。保障了燃速的有效测量。整体式靶线预设深度便于控制，使用更加方便可靠。
(3)地试装药燃烧室布局方案
本发明优化了地试装药燃烧室靶线安装布局方案。通过在装药四个象限不同轴向截面布设靶线，实现装药全范围分布燃面推移测量，从而获得可信的装药燃速和燃气流量。
综上，本发明的优点在于使用热电偶作为靶线测量，解决了固体燃料冲压发动机装药燃面燃速测量可靠性差的难题。设计整体式热电偶靶线测量耙，安装方便，结构简单，使用可靠。有效实现了贴壁装药的燃面推移规律的测量。
附图说明
图1为固体燃料冲压地面试验发动机示意图。
图2-1至图2-3为传统靶线示意图。
其中，图2-1为非贴壁装药靶线测量示意图。
图2-2及图2-3均为贴壁装药靶线法示意图。
图3为热电偶靶线测温原理图。
图4为装药补燃室靶线布局及靶线结构图。
图5为靶线测量燃面推移过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决上述技术问题，本发明提供一种贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构，所述测量结构使用热电偶，将头部焊点深入药柱内一定位置，当燃面推移接触到热电偶头部时，热电偶输出升温信号，从而获得燃面位置与点火之间的变化时间，得到该位置燃面推移速度。
其中，在地试装药燃烧室预先设置多个对应的通孔及安装接口，所述测量结构设有多个，通过所述多个通孔及安装接口设置于装药燃烧室内。
其中，安装过程中，将测量结构预埋在接口处，并将热电偶头部焊点深入药柱内一定位置。
其中，在地试装药燃烧室内布设分别处于四个象限的四组通孔及安装接口，对于每组通孔及安装接口分别设置一套所述测量结构，分处于四个象限的测量机构，其沿补燃室的纵向方向，处于不同的纵向位置，且其内由热电偶构成的靶线伸出的长度互不相同，从而使得深入药柱内的深度互不相同。
其中，在设置完四个象限的测量结构后，进行贴壁浇铸加工装药，使靶线埋设在装药内不同深度；在点火装药发生燃烧后。可以获得四个象限不同截面的点火后靶线熔断时间，从而测量燃面变化。
其中，所述测量结构为一热电偶测量耙，其为整体式组件，包括：金属底座、靶线、绝缘保护套、测量导线及插头；
其中，金属底座内打通孔，将热电偶埋设在内成为测温用的靶线，热电偶外围及伸出部分外包围有绝缘保护套，实现浇药及使用中的绝缘，支撑、保护作用，仅露出头部测点测量温度；
热电偶尾部连接测量导线及插头，在试验时接入测量系统测量升温时刻；
使用密封胶将各部分连接固定，在浇药前将金属底座固定至地试地试装药燃烧室对应的安装接口，并进行密封。
其中，通过不同的热电偶伸出长度L控制热电偶在装药内的测量深度，实现装药内燃面位置的测量。
实施例
本实施例针对固体燃料冲压发动机地面试验装药燃速测量，开展了测量靶线设计，以获取该发动机的燃面推移速率，进而获得发动机性能。图3为热电偶靶线的测温原理，使用热电偶，将头部焊点深入药柱内一定位置，当燃面推移接触到热电偶头部时，热电偶输出升温信号，从而获得燃面位置与点火之间的变化时间，得到该位置燃面推移速度。
图4为该方案的靶线布局及靶线结构。为采用热电偶靶线法获得装药燃速，将装药燃烧室壳体与绝热层预先设置通孔及安装接口，将热电偶整体测量耙预埋在接口处。补燃室内布设4个象限，不同纵向位置，不同深度的靶线。之后贴壁浇铸加工装药，使靶线埋设在装药内不同深度。在点火装药发生燃烧后。可以获得4个象限不同截面的点火后靶线熔断时间，从而测量燃面变化，如图5所示。
热电偶测量耙为整体式，主要分为金属安装座，测温靶线，绝缘保护套，测量导线及插头等部分组成。金属安装座内打通孔，将热电偶埋设在内成为测温靶线，热电偶外围及伸出部分外包围有绝缘保护套，实现浇药及使用中的绝缘，支撑、保护作用，仅露出头部测点测量温度。尾部连接测量导线及插头，在试验时接入测量系统测量升温时刻。使用密封胶将各部分连接固定，在浇药前将靶线金属安装座固定至地试发动机壳体安装接口，并进行密封。通过不同的热电偶伸出长度L控制热电偶在装药内的测量深度，实现装药内燃面位置的测量。
表1某次试验测量不同位置靶线熔断时间
轴向位置1 轴向位置2 轴向位置3 轴向位置4 轴向位置5
径向深度1 1.1 5.3 4.2 3.2 2.4
径向深度2 3.3 - 7.8 7 6.2
径向深度3 6 10.3 10.1 9.4 9.3
径向深度4 9.3 12.1 11.5 10.3 9.4
本发明的固体燃料冲压发动机装药燃速测量装置，适用于不同结构贴壁装药燃面推移的测量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构，其特征在于，所述测量结构使用热电偶，将头部焊点深入药柱内一定位置，当燃面推移接触到热电偶头部时，热电偶输出升温信号，从而获得燃面位置与点火之间的变化时间，得到该位置燃面推移速度。
2.如权利要求1所述的贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构，其特征在于，在地试装药燃烧室预先设置多个对应的通孔及安装接口，所述测量结构设有多个，通过所述多个通孔及安装接口设置于装药燃烧室内。
3.如权利要求2所述的贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构，其特征在于，安装过程中，将测量结构预埋在接口处，并将热电偶头部焊点深入药柱内一定位置。
4.如权利要求1所述的贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构，其特征在于，在地试装药燃烧室内布设分别处于四个象限的四组通孔及安装接口，对于每组通孔及安装接口分别设置一套所述测量结构，分处于四个象限的测量机构，其沿补燃室的纵向方向，处于不同的纵向位置，且其内由热电偶构成的靶线伸出的长度互不相同，从而使得深入药柱内的深度互不相同。
5.如权利要求4所述的贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构，其特征在于，在设置完四个象限的测量结构后，进行贴壁浇铸加工装药，使靶线埋设在装药内不同深度；在点火装药发生燃烧后。可以获得四个象限不同截面的点火后靶线熔断时间，从而测量燃面变化。
6.如权利要求1-5任一项所述的贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构，其特征在于，所述测量结构为一热电偶测量耙，其为整体式组件，包括：金属底座、靶线、绝缘保护套、测量导线及插头；
其中，金属底座内打通孔，将热电偶埋设在内成为测温用的靶线，热电偶外围及伸出部分外包围有绝缘保护套，实现浇药及使用中的绝缘，支撑、保护作用，仅露出头部测点测量温度；
热电偶尾部连接测量导线及插头，在试验时接入测量系统测量升温时刻；
使用密封胶将各部分连接固定，在浇药前将金属底座固定至地试地试装药燃烧室对应的安装接口，并进行密封。
7.如权利要求6所述的贴壁浇注装药用热电偶燃速测量结构，其特征在于，通过不同的热电偶伸出长度L控制热电偶在装药内的测量深度，实现装药内燃面位置的测量。
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