CN109678629A - 高能声束消减推进剂固化残余应力的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及推进剂性能研究技术领域，尤其涉及一种高能声束消减推进剂固化残余应力的方法。所述方法包括以下步骤：将推进剂药浆注入到固化容器中，等待所述推进剂药浆开始固化；所述推进剂药浆开始固化时，开启高能声束发生器和高能声束换能器，持续发射所述高能声束至所述固化容器内的所述推进剂药浆中，直至所述推进剂药浆固化形成推进剂药柱；关闭所述高能声束发生器和所述高能声束换能器。本申请所提供的高能声束消减推进剂固化残余应力的方法可以有效地消减推进剂内部的残余应力，保证航天器材的运行安全。

Description

高能声束消减推进剂固化残余应力的方法

技术领域

本申请涉及推进剂性能研究技术领域，尤其涉及一种高能声束消减推进剂固化残余应力的方法。

背景技术

随着航天工业在经济发展中的作用日益显著，工程应用中对航天工业安全的要求也越来越高，推进剂作为航天重要燃料，其力学性能及稳定性严重影响航天器材的运行安全。推进剂残余应力的存在，会直接导致推进剂药柱出现裂纹，诱发开裂等现象，这会直接威胁航天器材的运行安全，因此，为了保证航天器材的运行安全，需要消减推进剂内部的残余应力。

现有技术中有很多消减金属材料残余应力的方法及装置，例如退火、回火、振动冲击等，但是对于非金属且存在胶体状态阶段的推进剂这种材料的残余应力的消减方法并不多。例如，名称为基于高能声磁耦合原理的残余应力消除装置的发明专利申请(申请号为201410099482.0)公开了一种用于消除金属材料在切削、热处理、焊接等加工过程中引入的残余应力的装置。再如，名称为一种用于消除焊接残余应力的便携式振动处理装置的实用新型专利(申请号为03219437.4)公开了一种能够显著地消除焊接残余应力，提高焊接结构的承载能力和疲劳寿命的装置。利用超声波消除残余应力的方法。上述两篇现有技术都是关于对金属材料残余应力的消减的装置，且所用到的方法及装置都较为复杂，没有公开对于非金属且存在胶体状态阶段的推进剂这种材料的残余应力的消减方法或装置，因此，关于消减推进剂内部残余应力的研究仍是人们研究的重点课题。

发明内容

本申请提供了一种高能声束消减推进剂固化残余应力的方法，以有效地消减推进剂内部的残余应力，保证航天器材的运行安全。

本申请提供了一种高能声束消减推进剂固化残余应力的方法，包括以下步骤：

步骤S1、将推进剂药浆注入到固化容器中，等待所述推进剂药浆开始固化；

步骤S2、所述推进剂药浆开始固化时，开启高能声束发生器和高能声束换能器，持续发射所述高能声束至所述固化容器内的所述推进剂药浆中，直至所述推进剂药浆固化形成推进剂药柱；

步骤S3、关闭所述高能声束发生器和所述高能声束换能器。

本申请所提供的高能声束消减推进剂固化残余应力的方法，在进行从推进剂药浆到推进剂药柱的全固化过程中，持续加入了对应力敏感的高能声束，一方面，根据高能声束塑性诱导效应，将高能声束的高频波动能量提供给固化过程中的推进剂药浆，以增强推进剂药浆的力学性能，以足以克服并消解推进剂固化时致使其产生残余应力的能量，从而在推进剂固化时就将可能会形成的内部残余应力消减掉，进而有效地消减了推进剂内部的残余应力，有效保证了航天器材的运行安全；另一方面，高频小振幅的高能声束会使推进剂药浆的颗粒更密实，增加其表面的流平性，有助于推进剂药浆内的气体逸出，以提高推进剂药浆的力学性能和稳定性，从而使其减少甚至不会形成内部残余应力，以达到有效消除推进剂内部的残余应力的目的，同样保证航天器材的运行安全。

进一步的，在所述步骤S2之前和/或所述步骤S2中，还包括步骤S21，根据所述高能声束换能器的频率，调节所述高能声束的工作频率和电压，以确保输出电压和输出电流相位一致。

这样可以达到较佳的调试效果，可以使高能声束对推进剂药浆的调试效果更好，更有效的抵抗推进剂内部的残余应力的产生。

更进一步的，在所述步骤S2中，还包括根据示波器显示的波形变化，调节所述高能声束的工作频率和电压。

通过随时调节高能声束的工作频率和电压，可以随时调节发射的高能声束的能量大小，使高能声束可以持续输入适当的能量，始终保持较佳的调试状态，可以达到更好的调试效果，进一步的有效抵抗推进剂内部的残余应力的产生，还可以有效的提高推进剂药浆的力学性能及稳定性，同样的有效抵抗推进剂内部的残余应力的产生。

进一步的，在所述步骤S2之前，还包括步骤S22，根据注入的所述推进剂药浆的体积以及所述高能声束换能器的频率计算固化时间，并根据计算的所述固化时间设定定时提醒装置的定时时间，并开启所述定时提醒装置；

在所述步骤S3中所述推进剂药浆形成所述推进剂药柱后，还包括所述定时提醒装置发出响铃、亮灯等提醒方式中的任意一种或多种。

这样就不必工作人员随时看守在左右，可以在可以看见亮灯或者听见响铃的位置同时进行其他作业，互不耽误，节省工作人员的时间，提高其工作效率。

更进一步的，所述方法还包括：

在所述步骤S3中的所述定时提醒装置发出响铃、亮灯等提醒方式中的任意一种或多种的预先设定的一段时间后，如果所述定时提醒装置发出的提醒方式未被停止，所述高能声束发生器和所述高能声束换能器自动关闭，停止工作。

这样即使工作人员未能看见亮灯或者听见响铃及时关闭电源，停止高能声束的调试工作，该调试工作也可以自动关闭停止，这样不仅可以提高该工作的安全性，还可以节约电能，减少机器的损耗，延长机器的使用寿命，节省成本。并且该预先设定的一段时间可以对定时提醒装置提前设定任意的时间。

进一步的，在所述步骤S3之后，还包括步骤S41，将紧固密封相连且可上下分离的所述固化容器的上分体或下分体移开，将所述推进剂药柱从所述固化容器中取出。

通过将两分体分开，将固化后的推进剂药柱完整无损的从该固化容器中取出，方便且容易操作，还省时省力，还可以多次重复使用该固化容器，更经济、节省成本。

进一步的，在所述步骤S3之后，还包括步骤S42，将紧固密封相连且可左右分离的所述固化容器的左分体或右分体移开，将所述推进剂药柱从所述固化容器中取出。

通过将两分体分开，将固化后的推进剂药柱完整无损的从该固化容器中取出，方便且容易操作，还省时省力，还可以多次重复使用该固化容器，更经济、节省成本。

更进一步的，在所述步骤S1之前，还包括在所述固化容器的内壁表面涂覆一层脱模剂。

这样可以使固化后的推进剂药柱取出时更容易脱落，使推进剂药柱更容易完整取出，保证推进剂药柱的完整无损，同时还可以方便固化容器重复多次使用。

进一步的，在所述步骤S1或所述步骤S2之前，还包括步骤S0，将耦合剂均匀涂覆在所述固化容器与所述高能声束换能器相接触的部位，并将所述固化容器与所述高能声束换能器紧密稳固耦合。

将耦合剂覆盖涂抹且涂抹均匀，可以保证高能声束全面均匀射入，保证调试过程中调节的准确性，保证调节数据的准确性，该调节数据也可以保留存储下来，以提高后续的工作效率；将固化容器与高能声束换能器紧密稳固耦合，保证高能声束对推进剂药浆固化过程中的有效调试，保证其较佳的调试效果，进而保证有效的抵抗推进剂内部的残余应力的产生。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的高能声束消减推进剂固化残余应力的方法的流程图；

图2为本申请实施例所提供的应用于高能声束消减推进剂固化残余应力的方法的装置的结构示意图；

图3为图2中装置的剖切图；

图4为现有推进剂固化后与经过本申请实施例所提供的方法调试后的推进剂固化后的各层残余应力对比图。

附图标记：

10-固化容器；

101-注入口；

20-推进剂药浆；

30-高能声束换能器；

301-接触面；

302-高能声束声源；

40-支撑结构。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

如图1至图3所示，本申请实施例提供了一种高能声束消减推进剂固化残余应力的方法，还提供了应用于该方法的装置，该装置包括相互电连接的高能声束发生器和高能声束换能器30，以及与该高能声束换能器30的发射口耦合相接的固化容器10，该装置可以固定连接于支撑结构40上。该高能声束发生器具体可以是一种超声波发生器，超声波发生器是一种将市电转换为换能器相应的高频交流电以驱动换能器进行工作的设备，也可将其称为电子箱、超声波驱动电源、超声波控制器。该高能声束换能器30具体可以是一种超声波换能器，超声波换能器是将输入的电功率转换为机械功率(即超声波)再传递出去，而自身消耗很少一部分功率的设备。

如图1所示，本申请实施例所提供的方法包括以下步骤：

步骤S1、将推进剂药浆注入到固化容器中，等待所述推进剂药浆开始固化；

具体该推进剂药浆20可以从固化容器10的注入口101注入，此时还可以同时记录下注入的推进剂药浆的体积，一般推进剂药浆20刚注入到固化容器10中时是呈现的胶体状态或是液体状态，需要等待一段时间后才开始固化，这个等待时间一是可以通过计算高分子反应时间得出，二是可以通过经验判断，一般需要两三天的时间；

步骤S2、所述推进剂药浆开始固化时，开启高能声束发生器和高能声束换能器，持续发射高能声束至固化容器内的推进剂药浆中，直至推进剂药浆固化形成推进剂药柱；

推进剂药浆开始固化前，一般不加入高能声束，因为是高能声束在胶体或液体中会发生超声空化效应，产生气泡，这是会降低推进剂力学性能和稳定性的，是不被允许的。故在将待固化的推进剂药浆全部注入到固化容器中之后，在推进剂药浆20开始固化时开启电源，即开启高能声束发生器和高能声束换能器30，产生高能声束并输入到即将开始固化的推进剂药浆20中，随着推进剂药浆20的开始固化，高能声束同时开始调试该推进剂药浆20的工作，该高能声束发生器与该高能声束换能器可以通过激励电压传输线缆电连接，该高能声束可以由图2中所示的高能声束声源302产生。并且在推进剂药浆开始固化至固化结束的整个过程中，都有高能声束的加入，对应力敏感的高能声束可以随时抵抗应力的产生，同时高能声束的调试可以使推进剂药浆的颗粒更密实，增加其表面的流平性，还有助于其内部的气体逸出，可以提高其力学性能和稳定性，更有助于抵抗残余应力的产生，该推进剂药柱一般是指固化完成的固体状态的推进剂；

步骤S3、关闭高能声束发生器和高能声束换能器。

本申请实施例所提供的高能声束消减推进剂固化残余应力的方法，在进行从推进剂药浆到推进剂药柱的全固化过程中，持续加入了对应力敏感的高能声束，一方面，根据高能声束塑性诱导效应，将高能声束的高频波动能量提供给固化过程中的推进剂药浆，以增强推进剂药浆的力学性能，以足以克服并消解推进剂固化时致使其产生残余应力的能量，从而在推进剂固化时就将可能会形成的内部残余应力消减掉，进而有效地消减了推进剂内部的残余应力，有效保证了航天器材的运行安全；另一方面，高频小振幅的高能声束会使推进剂药浆的颗粒更密实，增加其表面的流平性，有助于推进剂药浆内的气体逸出，以提高推进剂药浆的力学性能和稳定性，从而使其减少甚至不会形成内部残余应力，以达到有效消除推进剂内部的残余应力的目的，同样保证了航天器材的运行安全。

如图4所示，a线型表示现有的推进剂固化后各层的残余应力分布值，b表示经过本申请实施例所提供的高能声束消减推进剂固化残余应力的方法调试后的推进剂固化后的各层残余应力分布值，通过图中各层应力值的对比，可以清楚有力的说明本申请实施例所提供的方法具有较强的消减残余应力的能力。

为了使高能声束对推进剂药浆的调试效果更好，更有效的抵抗推进剂内部的残余应力的产生，在步骤S2之前和/或步骤S2过程中，还可以包括步骤S21，该步骤S21为根据上述实施例中所采用的高能声束换能器的频率，调节高能声束的工作频率和电压，以确保输出电压和输出电流相位一致，以达到较佳的调试效果，从而更有效的抵抗推进剂内部的残余应力的产生。

进一步的，在步骤S2过程中，还可以根据示波器显示的波形变化，调整高能声束的工作频率和电压。该示波器可以与高能声束发生器或者高能声束换能器电连接，放大功率后实时显示高能声束的电压值变化或电流值变化，以反映发射到推进剂药浆中的高能声束的能量大小，显示电压值或电流值的数值越大，说明高能声束的能量越大，反之，显示电压值或电流值的数值越小，说明高能声束的能量越小。从而可以随时调节输入的电压及输入的频率，以调节发射的高能声束的能量大小，使高能声束可以持续输入适当的能量，始终保持较佳的调试状态，可以达到更好的调试效果，进一步的有效抵抗推进剂内部的残余应力的产生，还可以有效的提高推进剂药浆的力学性能及稳定性，同样的有效抵抗推进剂内部的残余应力的产生。

一种优选的实施例是，在步骤S2之前，还可以包括步骤S22，该步骤S22为根据前述注入的推进剂药浆的体积以及所采用的高能声束换能器的频率计算所需要的固化时间，并根据所计算的固化时间设定定时提醒装置的定时时间，并开启所述定时提醒装置；在步骤S3中推进剂药浆形成推进剂药柱后，还可以包括前述定时提醒装置发出响铃、亮灯等提醒方式中的任意一种或多种，来提醒工作人员推进剂固化过程已结束，可以停止高能声束的调试工作了。这样就不必工作人员随时看守在左右，可以在可以看见亮灯或者听见响铃的位置同时进行其他作业，互不耽误，节省工作人员的时间，提高其工作效率。

更优选的，在上述实施例的基础上，还可以在步骤S3中的定时提醒装置发出响铃、亮灯等提醒方式中的任意一种或多种的预先设定的一段时间后，如果定时提醒装置发出的提醒方式未被停止，该高能声束发生器和该高能声束换能器自动关闭，停止工作。这样即使工作人员未能看见亮灯或者听见响铃及时关闭电源，停止高能声束的调试工作，该调试工作也可以自动关闭停止，这样不仅可以提高该工作的安全性，还可以节约电能，减少机器的损耗，延长机器的使用寿命，节省成本。并且该预先设定的一段时间可以对定时提醒装置提前设定任意的时间。

另一种优选的实施例是，前述的固化容器可以是分体结构，且分体之间安装连接时紧固密封连接。一种情况可以是：在步骤S3之后，可以包括步骤S41，该步骤S41为将紧固密封相连且可上下分离的前述固化容器的上分体或下分体移开，将前述的推进剂药柱从该固化容器中取出；另一种情况可以是：在步骤S3之后，包括步骤S42，该步骤S42为将紧固密封相连且可左右分离的前述固化容器的左分体或右分体移开，将前述推进剂药柱从该固化容器中取出。该固化容器不论是上下分体结构还是左右分体结构，换句话说，将该固化容器不论是上分体或下分体移开还是左分体或右分体移开，都可以将固化后的推进剂药柱完整无损的从该固化容器中取出，方便且容易操作，还省时省力，还可以多次重复使用该固化容器，更经济、节省成本。

更进一步的，为了使固化后的推进剂药柱取出时更容易脱落，很好的保证推进剂药柱的完整无损，同时还可以方便固化容器重复多次使用，在步骤S1之前，在固化容器的内壁表面还可以涂覆一层脱模剂，之后在将推进剂药浆注入到固化容器中，这样在推进剂药浆固化后，更容易将推进剂药柱完整取出。

更优选的，在步骤S1或步骤S2之前，还可以包括步骤S0，该步骤S0为将耦合剂均匀涂覆在固化容器与高能声束换能器相接触的部位，即图3所示的接触面301，将耦合剂覆盖涂抹且涂抹均匀，保证高能声束全面均匀射入，保证调试过程中调节的准确性，保证调节数据的准确性，该调节数据也可以保留存储下来，以提高后续的工作效率；将固化容器与高能声束换能器紧密稳固耦合，保证高能声束对推进剂药浆固化过程中的有效调试，保证其较佳的调试效果，进而保证有效的抵抗推进剂内部的残余应力的产生。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高能声束消减推进剂固化残余应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将推进剂药浆注入到固化容器中，等待所述推进剂药浆开始固化；

步骤S2、所述推进剂药浆开始固化时，开启高能声束发生器和高能声束换能器，持续发射所述高能声束至所述固化容器内的所述推进剂药浆中，直至所述推进剂药浆固化形成推进剂药柱；

步骤S3、关闭所述高能声束发生器和所述高能声束换能器。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述步骤S2之前和/或所述步骤S2中，还包括步骤S21，根据所述高能声束换能器的频率，调节所述高能声束的工作频率和电压，以确保输出电压和输出电流相位一致。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

在所述步骤S2中，还包括根据示波器显示的波形变化，调节所述高能声束的工作频率和电压。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述步骤S2之前，还包括步骤S22，根据注入的所述推进剂药浆的体积以及所述高能声束换能器的频率计算固化时间，并根据计算的所述固化时间设定定时提醒装置的定时时间，并开启所述定时提醒装置；

在所述步骤S3中所述推进剂药浆形成所述推进剂药柱后，还包括所述定时提醒装置发出响铃、亮灯等提醒方式中的任意一种或多种。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述步骤S3中的所述定时提醒装置发出响铃、亮灯等提醒方式中的任意一种或多种的预先设定的一段时间后，如果所述定时提醒装置发出的提醒方式未被停止，所述高能声束发生器和所述高能声束换能器自动关闭，停止工作。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述步骤S3之后，还包括步骤S41，将紧固密封相连且可上下分离的所述固化容器的上分体或下分体移开，将所述推进剂药柱从所述固化容器中取出。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述步骤S3之后，还包括步骤S42，将紧固密封相连且可左右分离的所述固化容器的左分体或右分体移开，将所述推进剂药柱从所述固化容器中取出。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，

在所述步骤S1之前，还包括在所述固化容器的内壁表面涂覆一层脱模剂。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

在所述步骤S1或所述步骤S2之前，还包括步骤S0，将耦合剂均匀涂覆在所述固化容器与所述高能声束换能器相接触的部位，并将所述固化容器与所述高能声束换能器紧密稳固耦合。