CN112649473B - 一种对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法 - Google Patents

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Abstract

一种对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法，它包括以下监测步骤：1）称取一定量衬层料浆放入试件中均匀摊平，试件置于恒温固化炉中进行固化；2）压电传感器放置于衬层试件表面几何中心，利用衬层自身的粘接性紧紧贴合于衬层试件表面；3）采用衬层固化压电阻抗技术监测程序进行实时监测。本发明的目的是为了解决在现有技术中固体火箭发动机生产中衬层半固化状态主要依靠人工判断，这种判断方法容易受到人的主观感觉、经验等因素影响，容易导致固化不足或固化过度，难以保证装药质量的稳定性，存在隐患的技术问题。

Description

一种对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及材料固化反应监测技术，尤其涉及对固体火箭发动机衬层固化过程进行实时监测的压电阻抗方法。
背景技术
固体火箭发动机是当今各种导弹武器的主要动力装置，衬层作为燃烧室内粘接推进剂和绝热层（或壳体）的重要部分，是保障发动机质量的关键因素。
传统依靠人工判定衬层的“粘手不拉丝”半固化状态，这种主观感觉因人而异，可能会导致固化不足，或固化过度，难以保证装药质量的稳定性，存在隐患，不利于安全生产。国内外学者使用红外光谱法（衬层预固化程度对衬层/ 推进剂界面粘接性能的影响，文章编号: 1007-7812( 2010) 03-0088-03）、差示扫描热量法(DSC)和超声波法可用于材料固化反应程度的监测表征，但其应用均具有局限性，不能实现衬层固化的原位实时监测及工艺化生产应用。压电阻抗技术在固体火箭发动机健康监测上广泛应用，可有效检测复合材料壳体结构的分层，实时监测推进剂的老化等。压电阻抗法对结构性能变化敏感，可用于原位实时监测衬层固化过程中的微结构变化。
发明内容
本发明的目的是为了解决在现有技术中固体火箭发动机生产中衬层半固化状态主要依靠人工判断，这种判断方法容易受到人的主观感觉、经验等因素影响，容易导致固化不足或固化过渡，难以保证装药质量的稳定性，存在隐患的技术问题。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法，它包括以下监测步骤：
1）按某衬层所需比例称取各原材料，按照工艺要求制备新鲜衬层，根据试件尺寸，称取固定厚度试件所需重量的衬层料浆，放入该试件中均匀摊平，置于恒温固化炉中进行固化；
2）压电传感器放置于衬层试件表面几何中心，利用衬层自身的粘接性紧紧贴合于衬层试件表面；
3）采用衬层固化压电阻抗技术监测系统进行实时监测。
在步骤3）中，衬层固化压电阻抗技术监测系统包括NI PXIe-1071机箱、PXIe-6124多功能I/O模块、PXIe-2527多路复用器开关模块、TB-2627接线盒等，采用LabVIEW进行监测系统编程，外接自传感电路。
在步骤3）中，通过观察机电导纳曲线峰值的变化，推测衬层固化过程中发生的微量变化。
在步骤3）中，实时监测并收集固化炉中试件阻抗值，获得阻抗实部峰值与固化时间的归一化曲线。
在实时监测固化炉中试件阻抗时，阻抗测试间隔时间约为T1，总共的监测时间T2，选取监测过程前T3的阻抗实部峰值数据进行分析，得到阻抗实部峰值与固化时间的归一化曲线，再综合分析多组数据，衬层试件固化T4时，各个试件的阻抗实部峰值均下降到指定值时，将此时阻抗实部峰值的下降率作为衬层“半固化状态”的参考依据。
上述衬层为固体火箭发动机常规衬层及新型衬层，它包括按比例添加的HTPB粘合剂、TDI固化剂及其他添加剂。
在试件壁上粘贴有粘贴介质，衬层粘贴在粘贴介质上。
粘贴介质为固体火箭发动机常用绝热材料及新型绝热材料。
适用的传感器种类及尺寸多，根据待测试件及样品可调。
（1）压电阻抗法是在高频条件下测量压电片驱动结构耦合阻抗，对结构性能变化敏感，特别适合检测固体火箭发动机衬层固化过程中的微结构变化；
（2）压电阻抗法可实现固体火箭发动机衬层固化过程的实时监测；
（3）压电阻抗法监测的衬层阻抗实部峰值的下降率可为制定衬层“半固化状态”的量化标准的技术参考。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
图1是衬层固化压电阻抗技术监测系统；
图2是圆形衬层试件；
图3是衬层半固化的实时阻抗频谱曲线（选取的监测间隔为65min）；
图4是衬层固化过程中阻抗实部峰值与固化时间的相关性曲线；
图5是衬层固化过程中阻抗实部峰值与固化时间的归一化曲线。
具体实施方式
一种对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法，它包括如下步骤：
1）根据试件尺寸，称取一定量衬层料浆放入标准的圆形试件中均匀摊平，试件置于恒温固化炉中进行固化；
2）压电传感器PZT放置于圆形衬层试件表面几何中心，利用衬层自身的粘接性紧紧贴合于圆形衬层试件表面；
3）采用衬层固化压电阻抗技术监测程序进行实时监测。
在步骤3）中，基于一维机电耦合阻抗，随着衬层逐渐固化，结构刚度和阻尼随之改变，进而影响结构的机械阻抗，最终表现为系统耦合机电导纳曲线峰值的变化。通过观察机电导纳曲线峰值的变化，推测衬层固化情况。
在步骤3）中，实时监测固化炉中试件阻抗，获得阻抗实部峰值与固化时间的归一化曲线；更具体的，在实时监测固化炉中试件阻抗时，阻抗测试间隔时间约为T1，总共的监测时间T2，选取监测过程前T3的阻抗实部峰值数据进行分析，得到阻抗实部峰值与固化时间的归一化曲线，再综合分析多组数据，衬层试件固化T4时，各个试件的阻抗实部峰值均下降到指定值时，将此时阻抗实部峰值的下降率作为衬层“半固化状态”的参考依据。
在一种实施例中，T1可为5~15min，T2可为5000~10000min，T3可为2000~6000min，T4可为240~600min，指定值可为6~15%，该值是用来判断衬层半固化程度的量化标准，这样可以监测衬层固化进程，通过范围判断可知衬层是否达到半固化状态。
本实施例所用固体火箭发动机衬层，主要由HTPB粘合剂、TDI固化剂及其他添加剂按照一定比例配制而成；在试件壁上粘贴有粘贴介质，衬层粘贴在粘贴介质上，该粘贴介质为普通绝热层材料，也可为各种硫化片。
衬层厚度适用范围可为0.2mm~15mm。
试件可为标准的圆形试件，衬层试件的固化条件为恒温固化，固化炉温度可选50℃；衬层试件的阻抗测试扫频区间为100-400 kHz；所采用的监测系统为衬层固化压电阻抗技术监测系统。

Claims (6)

1.一种对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法，其特征在于，它包括以下监测步骤：
1）称取一定量衬层料浆放入试件中均匀摊平，制备固定厚度试件，置于恒温固化炉中进行固化；
2）压电传感器放置于衬层试件表面几何中心，利用衬层自身的粘接性紧紧贴合于衬层试件表面；
3）采用衬层固化压电阻抗技术监测程序进行实时监测；
在步骤3）中，实时监测固化炉中试件阻抗，获得阻抗实部峰值与固化时间的归一化曲线，采用阻抗实部峰值作为表征衬层固化状态的监测指标；
在实时监测固化炉中试件阻抗时，阻抗测试间隔时间约为T1，总共的监测时间T2，选取监测过程前T3的阻抗实部峰值数据进行分析，得到阻抗实部峰值与固化时间的归一化曲线，再综合分析多组数据，衬层试件固化T4时，各个试件的阻抗实部峰值均下降到指定值时，将此时阻抗实部峰值的下降率作为衬层“半固化状态”的参考依据。
2.根据权利要求1所述的对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法，其特征在于：所述衬层为固体火箭发动机衬层，它包括含HTPB粘合剂、TDI固化剂常规衬层及新型衬层。
3.根据权利要求1所述的对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法，其特征在于：在试件壁上粘贴有粘贴介质，衬层粘贴在粘贴介质上。
4.根据权利要求1所述的对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法，其特征在于：该方法用于实现对固体火箭发动机衬层固化过程的实时监测。
5.根据权利要求1所述的对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法，其特征在于：该方法用于监测衬层固化过程衬层内部模量发生的细微变化。
6.根据权利要求1所述的对固体火箭发动机衬层固化过程进行监测的方法，其特征在于：该方法可直接反应固化过程衬层发生的变化，为工艺化生产提供数据化参考指标。
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