CN112179771B - 一种固体推进剂应变量加载器及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种固体推进剂应变量加载器及其使用方法，包括带有滑块的刚性框架，滑块两端分别配合在刚性框架的两根侧梁上；还包括位移调节机构，用于将滑块调节至预设位置并固定；在刚性框架上设置有用于卡合固体推进剂样品的卡部和百分表，百分表的测头接触滑块并与滑块的滑动方向一致。使用方法步骤包括：计算应变加载量；将滑块调至初始位置，卡放样品，根据加载量调节滑块位置，将带有固体推进剂样品的加载器转移至试验环境中，开展相关试验。本发明以极其简单和巧妙的结构实现了模拟固体推进剂在固体火箭发动机中的受力情况，所提供的固体推进剂应变量加载器具有非常高的精确度、稳定性和可靠性，同时使得试验操作非常简单、快速。

Description

一种固体推进剂应变量加载器及其使用方法

技术领域

本发明属于固体推进剂试验技术领域，具体涉及一种固体推进剂应变量加载器及其使用方法。

背景技术

在固体火箭导弹结构中，固体火箭发动机是其核心部分，占整个导弹质量和体积的40%～60%。固体推进剂作为固体火箭发动机的动力源，以高聚物为架构，化学活性相对较高，极易受到贮存环境因素作用而发生开裂、变形等老化失效，失去使用价值。由于固体推进剂的生产工艺主要为贴壁浇注，其更换、维修困难，维修费用高，一旦发生老化失效，会引起固体火箭导弹发射失败。

固体火箭发动机具有“长期贮存、一次使用”的特点，在长期贮存过程中，性能变化最为明显的就是固体推进剂药柱的力学性能，因此，本领域常常通过监测固体推进剂力学性能好坏来预估固体火箭发动机贮存寿命。目前，国内外大多针对无应变状态下的固体推进剂开展力学性能变化规律研究，不能真实反映固体推进剂在固体火箭发动机中的实际受力状态，由此外推固体火箭发动机贮存寿命的实用性不高。研究认为，固体推进剂在有应变和无应变条件下的力学性能变化情况是有区别的，在显微电镜下观察发现，固体推进剂内的氧化剂、铝粉等固体颗粒与粘合剂之间总存在空隙，在应变作用下，这些细观缺陷会扩展、聚集、最后发展成宏观裂纹。因此，模拟固体推进剂在固体火箭发动机中的受力情况下开展相关试验是未来的主流趋势。对此，首先需要解决的问题是模拟固体推进剂在固体火箭发动机中的受力情况。

发明内容

本发明目的之一在于提供一种能够模拟固体推进剂在固体火箭发动机中受力情况的固体推进剂应变量加载器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

一种固体推进剂应变量加载器，其特征在于：所述加载器包括耐腐蚀的刚性框架，刚性框架呈矩形结构，在刚性框架内设置有滑块，滑块两端分别配合在刚性框架的两根侧梁上；所述加载器还包括位移调节机构，用于将滑块调节至预设位置并固定；在刚性框架的下梁内侧和滑块上相向设置有用于卡合固体推进剂样品的卡部，固体推进剂样品被卡合后，固体推进剂样品的轴线平行于滑块的滑动方向，在刚性框架的上梁上固定设置有百分表，百分表的测头垂直接触滑块，且百分表的测头轴线与滑块的滑动方向平行。

为进一步提高固体推进剂应变量加载的准确性，在刚性框架的上梁上设置有通孔，百分表穿设在通孔中，且百分表固定在上梁上。

为进一步提高固体推进剂应变量加载效率，百分表、位移调节机构和卡部分别平行、并列设置有多套/多个。

为更进一步提高固体推进剂应变量加载过程中的稳定性，滑块两端与两根侧梁内壁的配合方式为小间隙配合，通常认为间隙量小于0.5mm的为小间隙。

为进一步提高固体推进剂在加载过程中的稳定性和准确性，所述加载器的刚性框架、滑块、卡部、位移调节机构均采用304L不锈钢材料制得，且各部件表面经除油和酸洗工序。采用这样的方案，还能够多次重复使用加载器且不会影响加载过程及相关试验过程的准确性。

作为本发明优选方案之一，位移调节机构包括设置在下梁上的螺孔一，螺孔一轴线平行于滑块的滑动方向，在螺孔一中配合设置有调节螺杆，调节螺杆顶部抵靠滑块，通过转动调节螺杆带动滑块移动。

为进一步提高固体推进剂应变量加载过程中的稳定性，并提高样品安装效率，在滑块与下梁之间设置有顶销，顶销下端固定在下梁内侧，顶销上端正对滑块，且顶销平行于滑块的滑动方向。

作为本发明优选方案之二，位移调节机构包括设置在滑块上的螺孔二，螺孔二轴线平行于滑块的滑动方向，在螺孔二中配合设置有丝杆，丝杆上端位于上梁的孔处，丝杆下端被轴向限位在卡部或顶销上，通过转动丝杆来驱动滑块移动。

本发明的目的之二在于提供一种基于前述固体推进剂应变量加载器的使用方法，步骤包括：

步骤1，计算固体推进剂样品的应变加载量；

步骤2，将固体推进剂应变量加载器卧式放置在操作台上，将滑块调至初始位置，此状态下，下梁与滑块之间的有效间距刚好能够容纳固体推进剂样品；

步骤3，将固体推进剂样品放进卡部处的卡槽内；

步骤4，将百分表固定在上梁上并进行校正，使百分表的测头与滑块顶面呈无压力接触；

步骤5，根据加载量调节滑块位置，调节到位后取下百分表；

步骤6，将带有固体推进剂样品的加载器转移至试验环境中，开展相关试验。

有益效果：本发明以极其简单和巧妙的结构实现了模拟固体推进剂在固体火箭发动机中的受力情况，所提供的固体推进剂应变量加载器具有非常高的精确度、稳定性和可靠性，同时使得试验（加载）操作非常简单、快速（制样快速）；采用本发明提供的固体推进剂应变量加载器，不仅能够有效保证多个样品在施加应变载荷过程中的一致性，而且能够灵活、快速地实现0.01mm级的高精度应变加载，可根据试验需要自由调整固体推进剂应变量，适用范围广，还能够保证已施加应变量的固体推进剂在搬运、试验、贮存过程中保持不变，特别是能够在贮存环境下长期使用，在长达数月甚至好几年的贮存过程中保持加载量不变；本发明提供的固体推进剂应变量加载器，可用于各类固体推进剂应变量加载过程，特别适用于模拟固体推进剂在固体火箭发动机中实际受力状态，有利于更准确地预估固体火箭发动机贮存寿命，具有良好的应用前景。

此外，本发明提供的固体推进剂应变量加载器结构简单、小巧，便于搬运和贮存，特别是占地空间极小，在符合安全要求的情况下，每个常用的试验箱内可开展上百个固体推进剂样品贮存试验，试验成本极低。

附图说明

图1是实施例1中固体推进剂应变量加载器主向（主向又称之为正向）示意图；

图2是实施例1中固体推进剂应变量加载器的丝杆示意图；

图3是实施例1中固体推进剂应变量加载器使用状态示意图；

图4是实施例1中固体推进剂应变量加载器的下梁主向示意图；

图5是实施例1中固体推进剂应变量加载器的下梁俯向示意图；

图6是实施例1中固体推进剂应变量加载器的滑块示意图；

图7是实施例2中固体推进剂应变量加载器主向示意图；

图8是实施例3中固体推进剂应变量加载器主向示意图；

图9是实施例7中固体推进剂应变量加载器主向示意图；

图10是实施例8中固体推进剂应变量加载器主向示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但以下实施例的说明只是用于帮助理解本发明的原理及其核心思想，并非对本发明保护范围的限定。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，针对本发明进行的改进也落入本发明权利要求的保护范围内。

实施例1

本实施例中，如图1至图6所示，固体推进剂应变量加载器包括耐腐蚀的刚性框架，刚性框架呈矩形结构，刚性框架包括两根侧梁13、一根上梁12和一下梁11，上梁12与侧梁13通过螺栓连接，下梁11两侧端设置有螺孔15，下梁11与侧梁13也通过螺栓连接，上梁12、下梁11和侧梁13的厚度根据使用情况计算确定，在满足强度要求的情况下，各梁的厚度设计成10-20mm，当然，也可以设计得更薄或更厚。

。在刚性框架内设置有滑块7，滑块7两端分别配合在刚性框架的两根侧梁13上，滑块7两端与两根侧梁13内壁的配合方式为小间隙配合，滑块7可顺着侧梁13上下滑动；该加载器还包括位移调节机构，用于将滑块7调节至预设位置并固定；位移调节机构包括设置在滑块7上的螺孔二16，螺孔二16轴线平行于滑块7的滑动方向，在螺孔二16中配合设置有丝杆17，丝杆17的螺纹采用M1*0.25mm的细螺纹，丝杆17上端位于上梁12的孔18中（丝杆17如图2所示，丝杆17上部设置有限位凸台21，限位凸台21上端与上梁12下边缘之间留有适量间隙以确保丝杆17能够顺利转动），丝杆17下端被轴向限位在顶销10上，具体是丝杆17下端抵靠在顶销10上但不与顶销10连接，通过转动丝杆17来驱动滑块7移动，使用时，采用六角扳手顺时针转动丝杆17顶部驱动滑块7上移，逆时针转动丝杆17驱动滑块7下移。在刚性框架的下梁11内侧和滑块7上相向设置有用于卡合固体推进剂样品14的卡部8，相邻卡部8之间的卡槽20用于卡放固体推进剂样品14，当固体推进剂样品14被卡合后，固体推进剂样品14的轴线平行于滑块7的滑动方向。在刚性框架的上梁12上固定设置有百分表2，百分表2的测头垂直接触滑块7，且百分表2的测头轴线与滑块7的滑动方向平行，在刚性框架的上梁12上设置有通孔19，百分表2穿设在通孔19中，且百分表2通过蝴蝶螺钉5固定在上梁12上。

本实施例中，平行、并列设置有两个百分表2、两套位移调节机构和五套卡部8，五套卡部8用于卡装五套样品，构成一个容纳空间20的卡部称之为一套卡部。刚性框架、滑块7、卡部8、位移调节机构均采用304L不锈钢材料制得，且各部件表面经除油和酸洗工序。在滑块7与下梁11之间设置有顶销10，顶销10下端固定在下梁11内侧，顶销10上端正对滑块7，且顶销10平行于滑块7的滑动方向，顶销10长度为55mm，其底部长20mm的部分内置在下梁11中，即顶销10悬入螺孔15中，并通过焊接工艺固定，使得下梁11顶部与滑块7底部之间的距离约70mm。

本实施例中固体推进剂应变量加载器的使用方法，步骤包括：

步骤1，计算固体推进剂样品14的应变加载量；

步骤2，将固体推进剂应变量加载器卧式放置在操作台上，将滑块7调至初始位置（先逆时针转动丝杆17驱动滑块7下移初始位置），此状态下，下梁11与滑块7之间的有效间距刚好能够容纳固体推进剂样品14；

步骤3，将固体推进剂样品14放进卡部8处的卡槽20内，放好固体推进剂样品14后的状态如图3所示；

步骤4，将百分表2固定在上梁12上并进行校正，使百分表2的测头9与滑块7顶面呈无压力接触；

步骤5，根据加载量调节滑块7位置（顺时针转动丝杆17驱动滑块7上移），调节到位后取下百分表2；假如所需加载量为1mm，则可缓慢地顺时针转动丝杆17，直到百分表2中大指针转动一圈（此时小指针转动1格），表示推进剂应变量为1mm；百分表2的大指针相邻两个刻度代表0.01mm，小指针相邻两个刻度代表1mm；

步骤6，将带有固体推进剂样品14的加载器转移至试验环境中，开展相关试验。

实施例2

本实施例中固体推进剂应变量加载器的主体结构参照实施例1，其与实施例1的主要区别在于：如图7所示，位移调节机构包括设置在下梁11上的螺孔一4，螺孔一4轴线平行于滑块7的滑动方向，在螺孔一4中配合设置有调节螺杆3，调节螺杆3下端位于下梁11的沉孔中，调节螺杆3顶部抵靠滑块7但不连接滑块7，通过转动调节螺杆3带动滑块7移动，使用时，顺时针转动调节螺杆3以实现调节螺杆3下退，滑块7跟随调节螺杆3下移，逆时针转动调节螺杆3以实现调节螺杆3上进，通过调节螺杆3向上顶移滑块7。

本实施例中固体推进剂应变量加载器的使用方法，步骤包括：

步骤1，计算固体推进剂样品14的应变加载量；

步骤2，将固体推进剂应变量加载器卧式放置在操作台上，将滑块7调至初始位置（先顺时针转动调节螺杆3驱动滑块7下移初始位置），此状态下，下梁11与滑块7之间的有效间距刚好能够容纳固体推进剂样品14；

步骤3，将固体推进剂样品14放进卡部8处的卡槽20内；

步骤4，将百分表2固定在上梁12上并进行校正，使百分表2的测头9与滑块7顶面呈无压力接触；

步骤5，根据加载量调节滑块7位置（逆时针转动调节螺杆3驱动滑块7上移），调节到位后取下百分表2；假如所需加载量为2mm，则可缓慢地逆时针转动调节螺杆3，直到百分表2中大指针转动两圈（此时小指针转动2格），表示推进剂应变量为2mm；

步骤6，取掉百分表，将带有固体推进剂样品14的加载器转移至试验环境中，开展相关试验。

实施例3

本实施例中固体推进剂应变量加载器的主体结构参照实施例1，其与实施例1的主要区别在于：如图8所示，位移调节机构包括设置在下梁11上的螺孔一4，螺孔一4轴线平行于滑块7的滑动方向，在螺孔一4中配合设置有调节螺杆3，调节螺杆3下端位于下梁11下方，调节螺杆3顶部抵靠滑块7但不连接滑块7，通过转动调节螺杆3带动滑块7移动，使用时，顺时针转动调节螺杆3以实现调节螺杆3下退，滑块7跟随调节螺杆3下移，逆时针转动调节螺杆3以实现调节螺杆3上进，通过调节螺杆3向上顶移滑块7。本实施例中固体推进剂应变量加载器的使用方法参照实施例2。

实施例4-6

本实施例中的固体推进剂应变量加载器的主体结构参照实施例1-3，其与前述实施例的主要区别在于：刚性框架、滑块7、卡部8、位移调节机构均采用符合硬度要求的工程塑料制得，每个固体推进剂应变量加载器上平行、并列设置有三个百分表2、三个位移调节机构和六套卡部8，六套卡部8用于卡装6套样品。

实施例7

本实施例中固体推进剂应变量加载器的主体结构参照实施例1，其与实施例1的主要区别在于：如图9所示，位移调节机构包括设置在滑块7上的螺孔二16，螺孔二16轴线平行于滑块7的滑动方向，在螺孔二16中配合设置有丝杆17，丝杆17位于孔18的正下方，孔18作为供六角扳手进出和转动的操作孔，丝杆17上端靠近上梁12下壁，且丝杆17上端与上梁12下壁之间留有微量间隙以确保丝杆17能够转动，丝杆17下端被轴向限位在卡部8或顶销10上，通过转动丝杆17来驱动滑块7移动。

实施例8

本实施例中固体推进剂应变量加载器的主体结构参照实施例1，其与实施例1的主要区别在于：如图10所示，丝杆17上部的限位凸台靠近孔18内的阶台处，且限位凸台上端面与孔18的阶台面之间留有适量间隙以确保丝杆17能够转动。

需要说明的是，虽然前述实施例仅仅列举了部分方案，但这并不意味着只适用于这些情况，不应视为对本发明的限制，在实际实用过程中，采用其它数量的多个百分表和加载其它数量的多套固体推进剂样品也应视为本发明的等同技术方案。

Claims (5)

1.一种固体推进剂应变量加载器，其特征在于：所述加载器包括耐腐蚀的刚性框架，刚性框架呈矩形结构，在刚性框架内设置有滑块（7），滑块（7）两端分别配合在刚性框架的两根侧梁（13）上；所述加载器还包括位移调节机构，用于将滑块（7）调节至预设位置并固定；在刚性框架的下梁（11）内侧和滑块（7）上相向设置有用于卡合固体推进剂样品（14）的卡部（8），固体推进剂样品（14）被卡合后，固体推进剂样品（14）的轴线平行于滑块（7）的滑动方向，在刚性框架的上梁（12）上固定设置有百分表（2），百分表（2）的测头垂直接触滑块（7），且百分表（2）的测头轴线与滑块（7）的滑动方向平行；

在刚性框架的上梁（12）上设置有通孔（19），百分表（2）穿设在通孔（19）中，且百分表（2）固定在上梁（12）上；

百分表（2）、位移调节机构和卡部（8）分别平行、并列设置有多套；

位移调节机构包括设置在下梁（11）上的螺孔一（4），螺孔一（4）轴线平行于滑块（7）的滑动方向，在螺孔一（4）中配合设置有调节螺杆（3），调节螺杆（3）顶部抵靠滑块（7），通过转动调节螺杆（3）带动滑块（7）移动；

在滑块（7）与下梁（11）之间设置有顶销（10），顶销（10）上端正对滑块（7），且顶销（10）平行于滑块（7）的滑动方向；

顶销（10）下端固定在下梁（11）内侧。

2.根据权利要求1所述的固体推进剂应变量加载器，其特征在于：滑块（7）两端与两根侧梁（13）内壁的配合方式为小间隙配合。

3.根据权利要求2所述的固体推进剂应变量加载器，其特征在于：所述加载器的刚性框架、滑块（7）、卡部（8）、位移调节机构均采用304L不锈钢材料制得，且各部件表面经除油和酸洗工序。

4.根据权利要求1所述的固体推进剂应变量加载器，其特征在于：位移调节机构包括设置在滑块（7）上的螺孔二（16），螺孔二（16）轴线平行于滑块（7）的滑动方向，在螺孔二（16）中配合设置有丝杆（17），丝杆（17）上端位于上梁（12）的孔（18）处，丝杆（17）下端被轴向限位在卡部（8）或顶销（10）上，通过转动丝杆（17）来驱动滑块（7）移动。

5.一种采用如权利要求1-4任一项所述固体推进剂应变量加载器的使用方法，其特征在于，步骤包括：

步骤1，计算固体推进剂样品（14）的应变加载量；

步骤2，将固体推进剂应变量加载器卧式放置在操作台上，将滑块（7）调至初始位置，此状态下，下梁（11）与滑块（7）之间的有效间距刚好能够容纳固体推进剂样品（14）；

步骤3，将固体推进剂样品（14）放进卡部（8）处的卡槽（20）内；

步骤4，将百分表（2）固定在上梁（12）上并进行校正，使百分表（2）的测头（9）与滑块（7）顶面呈无压力接触；

步骤5，根据加载量调节滑块（7）位置，调节到位后取下百分表（2）；

步骤6，将带有固体推进剂样品（14）的加载器转移至试验环境中，开展相关试验。

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