CN112523895A - 一种新型气体发生器及其充气试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型气体发生器及其充气试验方法，包括壳体部件、降温过滤部件、装药、点火药盒、端盖部件、膜片部件、压环、O形密封圈、三通接头、密封垫、电起爆器和点火电缆。降温过滤部件置于壳体部件输出端，相邻处装入装药，在壳体部件出口端安装膜片部件和压环；在端盖部件上安装点火药盒、三通接头、密封垫、电起爆器和点火电缆；端盖部件内置O形密封圈和端面绝热层与壳体部件开口环面和外轴肩端面构成双重密封结构。本发明采用中心孔装药、外置双重冷却过滤的技术方案，具有产气效率高、燃气温度低、输出平稳可控和拓展应用灵活等特点，适用于舱内气压维持、燃料储箱增压和姿态控制机构等大气量需求的应用场合。

Description

一种新型气体发生器及其充气试验方法

技术领域

本发明涉及气体发生器领域，具体涉及一种新型气体发生器及其充气试验方法。

背景技术

当前弹上仪器控制舱气压维持、液体发动机燃料储箱增压和姿态控制执行机构大多采用携带大型储气瓶贮存高压氮气介质的方案，其特点是发射前临时补气或充气、充气压力高，存在易泄漏、机动灵活性差，安全风险大等劣势，如在储气瓶上游加设产气装置能够弥补上述不足。常见的产气装置大多采用烟火剂类装药或高能推进剂，存在产气效率低、燃气温度高或燃烧稳定性差、易超压等问题，故很难适用于气量需求大、燃气温度低和输出平稳可控的应用场合。

因此，如何对现有气体发生器进行改进，使其克服上述问题，是本领域技术人员亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过采用中心孔装药、三级点火序列、外置双重冷却过滤、冷却剂分解逸气，实现三重降温冷却，降低燃气温度，提高产气率，且结构紧凑合理、拓展应用灵活和输出平稳可控的气体发生器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种新型气体发生器，包括壳体部件，所述壳体部件内设置有降温过滤部件、装药，降温过滤部件位于壳体部件输出端，壳体部件出口端安装有膜片部件和第一压环，入口端安装有端盖部件，端盖部件上安装所述点火药盒、三通接头、电起爆器和点火电缆。

作为上述方案的优选，所述壳体部件包括壳体和固设于壳体内壁的第一绝热层，壳体内设置有两处轴肩定位台阶，出口端设有螺纹孔、双道密封沟槽及放置膜片部件的台阶孔，出口端还预留有与第一压环连接的螺纹，入口端预留有与端盖部件径向密封的环面。

作为上述方案的优选，所述装药采用中心孔结构，外圆与上下端面利用三元乙丙橡胶进行包覆，通过壳体部件内轴肩定位，装药与降温过滤部件上端面相邻，并通过端盖部件进行轴向固定，装药以丁羟燃体系配方为基体，降低硝基呱含量，加入40％DHG冷却剂进行替代，初始燃温低至900℃、产气率高达97％。

作为上述方案的优选，所述端盖部件包括端盖和第二绝热层，端盖内置密封沟槽，与壳体部件入口端通过螺纹连接，绝热层与壳体部件外轴肩贴合；

所述端盖与壳体之间设有O形密封圈；所述三通接头与电起爆器之间设有密封垫；

所述O形密封圈和壳体部件端面绝热层与壳体部件开口环面和外轴肩端面构成双重密封结构。

作为上述方案的优选，所述壳体部件出口端设有测压接口，测压接口通过测压管路连接有压力传感器，测压管路与压力传感器之间设有铜垫。

作为上述方案的优选，所述降温过滤部件包括多孔腔体、金属层压滤网、第二压环、孔板、冷却剂，所述金属层压滤网分层置于多孔腔体内部，通过压环、孔板与多孔腔体内壁过盈配合压紧固定，多孔腔体底面和孔板端面均预置有通孔，所述孔板端面粘接有铝箔，孔板与多孔腔体构成的空间内填充冷却剂。

作为上述方案的优选，所述冷却剂选用三聚氰胺磷酸盐或三聚氰胺焦磷酸盐，粒度为2mm～4mm，分解温度350℃～450℃，逸气率为30％～45％，残渣率低于5％。

作为上述方案的优选，所述点火药盒通过螺纹连接固定在端盖部件下端面，连接处涂抹密封漆，点火药盒设于装药中心孔上端，其输出正对装药内壁面，点火药盒内置高能烟火剂—硼/硝酸钾点火药；

所述三通接头通过螺纹连接固定在端盖部件上端面，内置密封垫，两侧安装有电起爆器，点火电缆与电起爆器通过接插件对接。

一种利用所述新型气体发生器进行充气试验的方法，包括以下步骤：

S1、试验方案：依据气体发生器装药量及充气峰值压力，确定气瓶数量、气瓶串联方案；

S2、设备安装：将所述气体发生器通过法兰部件、四通管路部件与4L双口气瓶、4L单口气瓶串联固定在充气工装上，在法兰部件、四通管路部件处安装压力传感器、测温装置，通过固定支架安装安全阀、电爆阀，经引压管路、泄压管路由四通管路部件接入串联气路由此构成充气试验装置；

S3、试验准备：充气试验装置装配、称重、气密性检查、安装压力传感器、测温装置、表贴热电偶和测试、点火预测试；

S4、点火充气：启动数据采集，气体发生器点火、产气、充气、保压，如超压安全阀泄压，保压结束电爆阀点火,泄压通道打开排气泄压；

S5、数据处理：试验后充气试验装置称重、收集残渣，由前后重量差换算气量。

作为上述方案的优选，在所述气体发生器与法兰部件配合面处，通过柔性石墨密封垫Ⅰ、柔性石墨密封垫Ⅱ进行双重密封，所述法兰部件、四通管路部件与4L双口气瓶、4L单口气瓶连接处统一选用球锥硬密封和O形密封圈径向密封，所述法兰部件、所述四通管路部件两侧设有压力传感器、测温装置安装接口，并通过紫铜垫进行硬密封。

由于具有上述结构，本发明的有益效果在于：

采用中心孔装药、三级点火序列，设置双路冗余点火提高点火可靠性，内部排气通道顺畅；通过选用以丁羟燃体系配方为基体的装药，内置大量DHG冷却剂，加设外置双重冷却过滤，实现三重降温，能够极大降低输出燃气的温度；选用装药在宽压力平台下燃速波动幅值较小，能够保证燃烧(充气)时间可控，质量流量近似平稳输出；充分利用冷却剂分解吸热逸气，进一步提高产气率；所有活动连接处均采用双重密封结构，且具有结构紧凑合理、拓展应用灵活的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明的一个优选实施例的纵向截面示意图。

图2是本发明的一个优选实施例中充气试验装置的立体结构示意图。

图3是本发明的一个优选实施例中充气试验装置的俯视图。

图4是本发明的一个优选实施例中壳体部件的纵向截面示意图。

图5是本发明的一个优选实施例中壳体部件的俯视图。

图6是本发明的一个优选实施例中降温过滤部件的截面示意图。

图7是本发明的一个优选实施例中多孔腔体的立体结构示意图。

图8是本发明充气试验压力重复曲线图。

图9是本发明充气试验壁面温度重复曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图7所示，本实施例提供一种新型气体发生器，包括壳体部件1、降温过滤部件2、装药3、点火药盒4、端盖部件5、膜片部件6、第一压环7、O形密封圈8、密封垫9、三通接头10、电起爆器11和点火电缆12

所述壳体部件1内设置有降温过滤部件2、装药3，降温过滤部件2位于壳体部件1输出端，壳体部件1出口端安装有膜片部件6和第一压环7，入口端安装有端盖部件5，端盖部件5上安装所述点火药盒4、三通接头10、电起爆器11和点火电缆12.

其中：

所述壳体部件1由壳体101和第一绝热层102组成，内置两处轴肩定位台阶，出口端107设有10-M6螺纹孔111、双道密封沟槽109，用于通过法兰部件03连接充气回路。

在本实施例中，壳体101开口端106预留与端盖部件2径向密封的环面105，表面粗糙度低于1.6。

在本实施例中，壳体部件1出口端107设有放置膜片部件6的台阶孔108，预留有压环7连接的螺纹。

在本实施例中，壳体部件1出口端107设有测压接口110，用于连接测压管路13、铜垫14和压力传感器15。

所述降温过滤部件2由多孔腔体201、金属层压滤网202、第二压环203、孔板204、铝箔205、冷却剂206组成，安置于壳体部件1输出端107底部。

在本实施例中，金属层压滤网202分两层置于多孔腔体201内部，通过第二压环203、孔板204与多孔腔体201内壁过盈配合压紧固定；孔板204端面采用铁锚胶粘接铝箔205，在粘接铝箔205的孔板204与多孔腔体201构成的空间内填充冷却剂206。

在本实施例中，多孔腔体201底面预置

通孔201(a)，孔板204端面预置

通孔。

在本实施例中，多孔腔体201、压环203、孔板204优选奥氏体不锈钢1Cr18Ni19Ti，过盈量为0.02～0.06mm，表面粗糙度不低于1.6。

在本实施例中，金属层压滤网202优选丝径不小于0.35mm的不锈钢丝压制成型，压缩率为25％～30％，过滤精度不低于100μm。

在本实施例中，铝箔205优选工业纯铝1050O状态，厚度为0.05mm。

在本实施例中，降温过滤部件2压损不超过0.15MPa。

在本实施例中，冷却剂206优选三聚氰胺磷酸盐或三聚氰胺焦磷酸盐，粒度为2mm～4mm，分解温度350℃～450℃，通过分解吸收大量的热，同时分解释放出气体，逸气率为30％～45％，残渣率低于5％。

所述装药3通过壳体部件1内轴肩103定位，装药3与降温过滤部件2上端面相邻，通过端盖部件5进行轴向固定。

在本实施例中，为提高排气通道的顺畅性，装药3优先采用中心孔结构，外圆与上下端面利用三元乙丙橡胶进行包覆。

在本实施例中，为降低装药燃烧温度和保证良好地的成型特性，装药3优选以丁羟燃体系配方为基体，降低硝基呱含量，加入40％DHG冷却剂进行替代，进一步具体的，装药3具有初始燃温低至900℃、产气率高约97％、相容性佳、工艺成型效果好等特点。

在本实施例中，为保证输出燃气平稳可控、燃烧(充气)时间近似恒定，装药3在燃烧平台区间为1MPa～22MPa，对应燃速区间为1.142mm/s～3.75mm/s，压力区间跨度大，燃速波动比例较大、但绝对值相对较小，能够维持装药燃烧时间在10～20s范围内。

所述端盖部件5由端盖和第二绝热层组成，端盖内置密封沟槽，与壳体部件1开口端106通过螺纹连接，第二绝热层与壳体部件外轴肩104贴合，形成端面密封，加之O形密封圈8径向密封，构成壳体部件1、端盖部件5的双重密封。

在本实施例中，通过端盖部件5与壳体部件1旋合控制第二绝热层的压缩量X1，进一步具体的，X1控制范围优选0.1mm～0.15mm。

所述点火药盒4通过螺纹连接固定在端盖部件5下端面，设于装药3中心孔上端，其输出正对装药3内壁面。

在本实施例中，点火药盒4内置高能烟火剂—硼/硝酸钾点火药，药剂代号为BPN-B6，为保证点火药盒的密封性和浸水性，在连接处涂抹251密封漆，形成自密封结构。

在本实施例中，三通接头10通过螺纹连接固定在端盖部件5上端面，内置密封垫9，在三通接头10两侧安装电起爆器11、密封垫9，点火电缆12与电起爆器11通过接插件对接。

进一步具体的，为保证点火的安全可靠性，电起爆器11优选A类钝感电起爆器，代号为FJS2-13A(A)电起爆器，并采用双路冗余布置。

在本实施例中，电起爆器11、点火药盒4和装药3构成三级点火序列。

在本实施例中，膜片部件6、压环7设于壳体部件1出口端107的台阶孔108处，通过压环107旋合控制膜片部件6外包橡胶套的压缩量，进而在出口端107处形成密封面。

在本实施例中，膜片部件6导通压力优选为3MPa～5MPa。

本实施例的新型气体发生器，采用中心孔装药、三级点火序列，设置双路冗余点火提高点火可靠性，内部排气通道顺畅；通过选用以丁羟燃体系配方为基体的装药，内置大量DHG冷却剂，加设外置双重冷却过滤，实现三重降温，能够极大降低输出燃气的温度；选用装药在宽压力平台下燃速波动幅值较小，能够保证燃烧(充气)时间可控，质量流量近似平稳输出；充分利用冷却剂分解吸热逸气，进一步提高产气率；所有活动连接处均采用双重密封结构，且具有结构紧凑合理、拓展应用灵活的优点。采用模块化、组合式串联充气方法，通过灵活拼装，能够快速调整气瓶容积，实现缩比减尺寸、全尺寸装药的充气试验。

本实施例还提供一种利用充气试验装置进行充气试验的方法，主要包括以下步骤：

S1、制定试验方案：依据气体发生器0的装药3量(缩比减药量、全尺寸装药)及充气峰值压力，确定4L双口气瓶01、4L单口气瓶02数量、以及气路的串联方案；

S2、设备安装：将所述气体发生器0通过法兰部件03、四通管路部件04与4L双口气瓶01、4L单口气瓶02串联固定在充气工装010上，配置安全阀06、电爆阀08和引压管路05、泄压管路09构成充气试验装置；

S3、试验准备：充气试验装置装配、各组成称重、气密性检查、安装压力传感器、测温装置、表贴热电偶和测试、点火预测试；

S4、点火充气：启动数据采集，气体发生器点火、产气、充气、保压，如超压安全阀起跳泄压，保压时间结束电爆阀供电点火，泄压通道打开排气；

S5、数据处理：试验后充气试验装置称重、收集残渣，由前后重量差换算气量。

在本实施例中，在述气体发生器0与法兰部件03配合面处，通过柔性石墨密封垫Ⅰ011、柔性石墨密封垫Ⅱ012进行双重密封，柔性石墨密封垫优选柔性石墨金属复合增强板，代号为RSB1222。

在本实施例中，为保证密封可靠性，法兰部件03、四通管路部件04与4L双口气瓶01、4L单口气瓶02连接处统一选用球锥硬密封和O形密封圈径向密封。

在本实施例中，法兰部件03、四通管路部件04两侧设有压力传感器15、测温装置013的安装接口，均通过紫铜垫进行硬密封，压缩量优选为0.12～0.15mm。

在本实施例中，通过固定支架安装安全阀06，经引压管路05由四通管路部件04接入串联气路，当充气压力高于设定压力，安全阀06则起跳排气，当压力低于设定压力，安全阀06回座处于密封状态。

在本实施例中，通过固定支架安装电爆阀08，经泄压管路09由四通管路部件04接入串联气路，当充气试验保压时间结束，向电爆阀08供电点火，打开泄压通道，将4L双口气瓶01、4L单口气瓶02内气体排尽。

图8、图9为本发明点火充气试验中获得压力、壁面温度重复曲线图。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种新型气体发生器，其特征在于：包括壳体部件，所述壳体部件内设置有降温过滤部件、装药，降温过滤部件位于壳体部件输出端，壳体部件出口端安装有膜片部件和第一压环，入口端安装有端盖部件，端盖部件上安装所述点火药盒、三通接头、电起爆器和点火电缆。

2.根据权利要求1所述的新型气体发生器，其特征在于：所述壳体部件包括壳体和固设于壳体内壁的第一绝热层，壳体内设置有两处轴肩定位台阶，出口端设有螺纹孔、双道密封沟槽及放置膜片部件的台阶孔，出口端还预留有与第一压环连接的螺纹，入口端预留有与端盖部件径向密封的环面。

3.根据权利要求2所述的新型气体发生器，其特征在于：所述装药采用中心孔结构，外圆与上下端面利用三元乙丙橡胶进行包覆，通过壳体部件内轴肩定位，装药与降温过滤部件上端面相邻，并通过端盖部件进行轴向固定，装药以丁羟燃体系配方为基体，降低硝基呱含量，加入40％DHG冷却剂进行替代，初始燃温低至900℃、产气率高达97％。

4.根据权利要求2所述的新型气体发生器，其特征在于：所述端盖部件包括端盖和第二绝热层，端盖内置密封沟槽，与壳体部件入口端通过螺纹连接，绝热层与壳体部件外轴肩贴合；

所述端盖与壳体之间设有O形密封圈；所述三通接头与电起爆器之间设有密封垫；

所述O形密封圈和壳体部件端面绝热层与壳体部件开口环面和外轴肩端面构成双重密封结构。

5.根据权利要求1所述的新型气体发生器，其特征在于：所述壳体部件出口端设有测压接口，测压接口通过测压管路连接有压力传感器，测压管路与压力传感器之间设有铜垫。

6.根据权利要求1所述的新型气体发生器，其特征在于：所述降温过滤部件包括多孔腔体、金属层压滤网、第二压环、孔板、冷却剂，所述金属层压滤网分层置于多孔腔体内部，通过压环、孔板与多孔腔体内壁过盈配合压紧固定，多孔腔体底面和孔板端面均预置有通孔，所述孔板端面粘接有铝箔，孔板与多孔腔体构成的空间内填充冷却剂。

7.根据权利要求6所述的新型气体发生器，其特征在于：所述冷却剂选用三聚氰胺磷酸盐或三聚氰胺焦磷酸盐，粒度为2mm～4mm，分解温度350℃～450℃，逸气率为30％～45％，残渣率低于5％。

8.根据权利要求1所述的新型气体发生器，其特征在于：所述点火药盒通过螺纹连接固定在端盖部件下端面，连接处涂抹密封漆，点火药盒设于装药中心孔上端，其输出正对装药内壁面，点火药盒内置高能烟火剂—硼/硝酸钾点火药；

所述三通接头通过螺纹连接固定在端盖部件上端面，内置密封垫，两侧安装有电起爆器，点火电缆与电起爆器通过接插件对接。

9.一种利用如权利要求1所述的新型气体发生器进行充气试验的方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、试验方案：依据气体发生器装药量及充气峰值压力，确定气瓶数量、气瓶串联方案；

S2、设备安装：将所述气体发生器通过法兰部件、四通管路部件与4L双口气瓶、4L单口气瓶串联固定在充气工装上，在法兰部件、四通管路部件处安装压力传感器、测温装置，通过固定支架安装安全阀、电爆阀，经引压管路、泄压管路由四通管路部件接入串联气路由此构成充气试验装置；

S3、试验准备：充气试验装置装配、称重、气密性检查、安装压力传感器、测温装置、表贴热电偶和测试、点火预测试；

S4、点火充气：启动数据采集，气体发生器点火、产气、充气、保压，如超压安全阀泄压，保压结束电爆阀点火,泄压通道打开排气泄压；

S5、数据处理：试验后充气试验装置称重、收集残渣，由前后重量差换算气量。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：在所述气体发生器与法兰部件配合面处，通过柔性石墨密封垫Ⅰ、柔性石墨密封垫Ⅱ进行双重密封，所述法兰部件、四通管路部件与4L双口气瓶、4L单口气瓶连接处统一选用球锥硬密封和O形密封圈径向密封，所述法兰部件、所述四通管路部件两侧设有压力传感器、测温装置安装接口，并通过紫铜垫进行硬密封。

Images