CN114018435A - 一种固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置及检测方法，该检测装置包括套管光缆、紧包光缆、解调仪及数据处理单元，所述套管光缆和紧包光缆并列设置在发动机壳体与推进剂的粘接界面之间，套管光缆用于检测粘接界面因为温度变化引起的光纤布里渊频移变化，紧包光缆用于检测粘接界面由于温度变化和外力共同作用引起的光纤布里渊频移变化，套管光缆和紧包光缆共同组成脱粘检测光缆，脱粘检测光缆沿发动机壳体的内圆周均匀设于粘接界面内，多条脱粘检测光缆串联后与解调仪连接，数据处理单元用于解析解调仪检测数据并识别脱粘结果，该检测装置可以精确获取发动机壳体与推进剂粘接界面的胶液分布云图。

Description

一种固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机检测技术领域，尤其是一种固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置及检测方法。

背景技术

固体火箭发动机在长期存储过程中，内部结构完整性的变化是威胁发动机可靠性的重要因素，特别是推进与外壳体之间的粘接界面，可能由于长期受力、材料老化、制造缺陷等原因，导致推进剂与壳体脱粘。带有脱粘质量缺陷的火箭发动机不能按照设计要求输出动力，甚至有蹿火、爆炸的风险。因此，必须采用有效的检测手段，不定期检测脱粘缺陷，及时发现脱粘缺陷，避免安全风险。工业CT是固体火箭发动机检测的有效手段，但是，为了使用工业CT，需要对固体火箭发动机进行复杂的吊装、移动工作，效率低、人力物力消耗大，并且还伴有磕碰的安全风险。另外，由于发动机的数量大、存储期长，需要检测发动机的频次和数量需求都很高，频繁使用工业CT的可操作性和成本都不满足要求。因此，亟需发展方便、快捷的新型固体火箭发动机界面脱粘检测技术，提升固体火箭发动机在贮存阶段对于内部结构完整性的检测水平。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置及检测方法，该检测装置可以精确获取发动机壳体与推进剂粘接界面的胶液分布云图，能够清晰的反应所有粘接界面胶液的粘接情况，检测成本低，精度和效率高，布设灵活，应用范围广。

一种固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置，包括套管光缆、紧包光缆、解调仪及数据处理单元，所述套管光缆和紧包光缆并列设置在发动机壳体与推进剂的粘接界面之间，所述套管光缆用于检测粘接界面因为温度变化引起的光纤布里渊频移变化，所述紧包光缆用于检测粘接界面由于温度变化和外力共同作用引起的光纤布里渊频移变化，套管光缆和紧包光缆共同组成脱粘检测光缆，所述脱粘检测光缆沿发动机壳体的内圆周均匀设于粘接界面内，多条脱粘检测光缆串联后与解调仪连接，所述数据处理单元用于解析解调仪检测数据并识别脱粘结果。

作为上述技术方案的优选，所述套管光缆的套管采用金属或者塑料制成，套管用于隔离应变和保护内部光纤。

作为上述技术方案的优选，所述紧包光缆的护套采用塑料制成，护套用于传递应变和保护内部光纤。

作为上述技术方案的优选，所述解调仪采用基于差分脉冲对原理的布里渊光纤测量仪或者基于脉冲预泵浦原理的布里渊光纤测量仪。

一种用于上述任意一项固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置的检测方法，所述数据处理单元的工作流程为：

步骤一，建立脱粘检测光缆与检测界面的空间位置关系，数据处理单元与解调仪建立通讯连接，获取光纤布里渊频移的测量数据文件，将数据按照各条脱粘检测光缆进行分割，每条脱粘检测光缆的套管光缆和紧包光缆数据分为一组，表示为ID＝[L,VT,VB]，ID代表脱粘检测光缆编号，L代表脱粘检测光缆长度，表达式为L＝(l₁ l₂ … l_n),l_i代表脱粘检测光缆第i个测点(i＝1,2,…,n)对应光缆长度，VT代表套管光缆的布里渊频移测量值，表达式为VT＝(vt₁ vt₂ … vt_n),vt_i代表在l_i位置对应的套管光缆布里渊频移测量值，VB代表紧包光缆的布里渊频移测量值，表达式为VB＝(vb₁ vb₂ … vb_n),vb_i代表在l_i位置对应的紧包光缆布里渊频移测量值，将L＝(l₁ l₂ … l_n)与脱粘检测界面的空间位置对应，生成界面脱粘检测点空间位置数据P＝((x₁,y₁)(x₂,y₂)…(x_n,y_n))，其中(x_i,y_i)为l_i对应的界面脱粘检测点位置坐标；

步骤二，装填推进剂，获取光纤基准数据，选取脱粘检测光缆在发动机推进剂装填完成后达到稳定状态时的初始布里渊频移数据，设为基准数据，表示为ID₀＝[L,VT₀,VB₀]，其中ID₀代表编号为ID的脱粘检测光缆的基准数据，VT₀代表套管光缆的初始布里渊频移测量值，VB₀代表紧包光缆的初始布里渊频移测量值；选取对发动机脱粘检测过程中第i次测试数据，表示为ID_i＝[L,VT_i,VB_i]，其中VT_i代表套管光缆第i次布里渊频移测量值，VB_i代表紧包光缆第i次布里渊频移测量值；

步骤三，实时检测光纤任一点的布里渊频移测量值，利用光纤布里渊频移对温度和应变敏感的特性，对比第i次检测数据ID_i和基准数据ID₀，解析界面温度和应变变化；对于套管光缆，将光纤布里渊频移转换为界面温度分布Ti，转换方式为Ti＝(VT_i-VT₀)*C_T+T₀，其中C_T为温度灵敏系数，T₀为初始状态温度；对于紧包光缆，光纤布里渊频移转换为界面应变分布Ei，关系式为Ei＝[(VB_i-VB₀)-(VT_i-VT₀)]*C_E，其中C_E为应变灵敏系数；

步骤四，提取检测界面异常坐标点位，设定温度异常阈值φ_t，提取满足阈值条件Δt＝(T_i-T₀)≥φ_t的光纤温度异常点l_i，并根据界面光纤空间位置数据，定位界面温度异常位置(x_i,y_i)；设定应变异常阈值φ_e，提取满足阈值条件Δe＝(E_i-E₀)≥φ_e的光纤应变异常点l_i，并根据界面光纤空间位置数据，定位界面应变异常位置(x_i,y_i)；

步骤五，生成脱粘分布云图，将识别出的温度和应变异常位置点集合Ω＝{(x_i,y_i)|Δt＝(T_i-T₀)≥φ_t∪Δe＝(E_i-E₀)≥φ_e}显示为脱粘分布云图，异常点集聚的位置显示为脱粘区域，并发出警告信息。

本发明的有益效果在于：

1、检测精度高，传感光纤布设于推进剂与外壳体的粘接界面上，与脱粘缺陷直接接触，识别准确，定位精准。

2、应用范围广，传感光纤可以灵活布设，适用于不同类型、不同尺寸固体火箭发动机。

3、安全快捷，检测装置可以灵活移动至发动机旁进行现场检测，无需吊装、移动发动机，避免了碰撞的风险，节省检测时间。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为胶液检测光缆布设于发动机壳体内横截面示意图。

图3为本发明的原理图。

附图标记如下：1-套管光缆、2-紧包光缆、3-解调仪、4-数据处理单元、5-发动机壳体、6-推进剂、7-脱粘检测光缆。

具体实施方式

下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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、图2所示的一种固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置，包括套管光缆1、紧包光缆2、解调仪3及数据处理单元4，所述套管光缆1和紧包光缆2并列设置在发动机壳体5与推进剂6的粘接界面之间，所述套管光缆1用于检测粘接界面因为温度变化引起的光纤布里渊频移变化，所述紧包光缆2用于检测粘接界面由于温度变化和外力共同作用引起的光纤布里渊频移变化，套管光缆1和紧包光缆2共同组成脱粘检测光缆7，所述脱粘检测光缆7沿发动机壳体5的内圆周均匀设于粘接界面内，多条脱粘检测光缆7串联后与解调仪3连接，所述数据处理单元4用于解析解调仪3检测数据并识别脱粘结果。

在本实施例中，所述套管光缆1的套管采用金属或者塑料制成，套管用于隔离应变和保护内部光纤。

在本实施例中，所述紧包光缆2的护套采用塑料制成，护套用于传递应变和保护内部光纤。

在本实施例中，所述解调仪3采用基于差分脉冲对原理的布里渊光纤测量仪或者基于脉冲预泵浦原理的布里渊光纤测量仪。

如图3所示，一种用于上述任意一项固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置的检测方法，所述数据处理单元4的工作流程为：

步骤一，建立脱粘检测光缆7与检测界面的空间位置关系，数据处理单元4与解调仪3建立通讯连接，获取光纤布里渊频移的测量数据文件，将数据按照各条脱粘检测光缆7进行分割，每条脱粘检测光缆7的套管光缆1和紧包光缆2数据分为一组，表示为ID＝[L,VT,VB]，ID代表脱粘检测光缆7编号，L代表脱粘检测光缆7长度，表达式为L＝(l₁ l₂ … l_n),l_i代表脱粘检测光缆7第i个测点(i＝1,2,…,n)对应光缆长度，VT代表套管光缆1的布里渊频移测量值，表达式为VT＝(vt₁ vt₂ … vt_n),vt_i代表在l_i位置对应的套管光缆1布里渊频移测量值，VB代表紧包光缆2的布里渊频移测量值，表达式为VB＝(vb₁ vb₂ … vb_n),vb_i代表在l_i位置对应的紧包光缆2布里渊频移测量值，将L＝(l₁ l₂ … l_n)与脱粘检测界面的空间位置对应，生成界面脱粘检测点空间位置数据P＝((x₁,y₁)(x₂,y₂)…(x_n,y_n))，其中(x_i,y_i)为l_i对应的界面脱粘检测点位置坐标；

步骤二，装填推进剂6，获取光纤基准数据，选取脱粘检测光缆7在发动机推进剂6装填完成后达到稳定状态时的初始布里渊频移数据，设为基准数据，表示为ID₀＝[L,VT₀,VB₀]，其中ID₀代表编号为ID的脱粘检测光缆7的基准数据，VT₀代表套管光缆1的初始布里渊频移测量值，VB₀代表紧包光缆2的初始布里渊频移测量值；选取对发动机脱粘检测过程中第i次测试数据，表示为ID_i＝[L,VT_i,VB_i]，其中VT_i代表套管光缆1第i次布里渊频移测量值，VB_i代表紧包光缆2第i次布里渊频移测量值；

步骤三，实时检测光纤任一点的布里渊频移测量值，利用光纤布里渊频移对温度和应变敏感的特性，对比第i次检测数据ID_i和基准数据ID₀，解析界面温度和应变变化；对于套管光缆1，将光纤布里渊频移转换为界面温度分布Ti，转换方式为Ti＝(VT_i-VT₀)*C_T+T₀，其中C_T为温度灵敏系数，T₀为初始状态温度；对于紧包光缆2，光纤布里渊频移转换为界面应变分布Ei，关系式为Ei＝[(VB_i-VB₀)-(VT_i-VT₀)]*C_E，其中C_E为应变灵敏系数；

步骤四，提取检测界面异常坐标点位，设定温度异常阈值φ_t，提取满足阈值条件Δt＝(T_i-T₀)≥φ_t的光纤温度异常点l_i，并根据界面光纤空间位置数据，定位界面温度异常位置(x_i,y_i)；设定应变异常阈值φ_e，提取满足阈值条件Δe＝(E_i-E₀)≥φ_e的光纤应变异常点l_i，并根据界面光纤空间位置数据，定位界面应变异常位置(x_i,y_i)；

步骤五，生成脱粘分布云图，将识别出的温度和应变异常位置点集合Ω＝{(x_i,y_i)|Δt＝(T_i-T₀)≥φ_t∪Δe＝(E_i-E₀)≥φ_e}显示为脱粘分布云图，异常点集聚的位置显示为脱粘区域，并发出警告信息。

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 (5)

1.一种固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置，其特征在于：包括套管光缆、紧包光缆、解调仪及数据处理单元，所述套管光缆和紧包光缆并列设置在发动机壳体与推进剂的粘接界面之间，所述套管光缆用于检测粘接界面因为温度变化引起的光纤布里渊频移变化，所述紧包光缆用于检测粘接界面由于温度变化和外力共同作用引起的光纤布里渊频移变化，套管光缆和紧包光缆共同组成脱粘检测光缆，所述脱粘检测光缆沿发动机壳体的内圆周均匀设于粘接界面内，多条脱粘检测光缆串联后与解调仪连接，所述数据处理单元用于解析解调仪检测数据并识别脱粘结果。

2.根据权利要求1所述的推进剂脱粘检测装置，其特征在于：所述套管光缆的套管采用金属或者塑料制成，套管用于隔离应变和保护内部光纤。

3.根据权利要求1所述的推进剂脱粘检测装置，其特征在于：所述紧包光缆的护套采用塑料制成，护套用于传递应变和保护内部光纤。

4.根据权利要求1所述的推进剂脱粘检测装置，其特征在于：所述解调仪采用基于差分脉冲对原理的布里渊光纤测量仪或者基于脉冲预泵浦原理的布里渊光纤测量仪。

5.一种用于上述任意一项固体火箭发动机推进剂脱粘检测装置的检测方法，其特征在于：所述数据处理单元的工作流程为：

步骤一，建立脱粘检测光缆与检测界面的空间位置关系，数据处理单元与解调仪建立通讯连接，获取光纤布里渊频移的测量数据文件，将数据按照各条脱粘检测光缆进行分割，每条脱粘检测光缆的套管光缆和紧包光缆数据分为一组，表示为ID＝[L,VT,VB]，ID代表脱粘检测光缆编号，L代表脱粘检测光缆长度，表达式为L＝(l₁ l₂…l_n),l_i代表脱粘检测光缆第i个测点(i＝1,2,…,n)对应光缆长度，VT代表套管光缆的布里渊频移测量值，表达式为VT＝(vt₁ vt₂…vt_n),vt_i代表在l_i位置对应的套管光缆布里渊频移测量值，VB代表紧包光缆的布里渊频移测量值，表达式为VB＝(vb₁ vb₂…vb_n),vb_i代表在l_i位置对应的紧包光缆布里渊频移测量值，将L＝(l₁ l₂…l_n)与脱粘检测界面的空间位置对应，生成界面脱粘检测点空间位置数据P＝((x₁,y₁)(x₂,y₂)…(x_n,y_n))，其中(x_i,y_i)为l_i对应的界面脱粘检测点位置坐标；

步骤二，装填推进剂，获取光纤基准数据，选取脱粘检测光缆在发动机推进剂装填完成后达到稳定状态时的初始布里渊频移数据，设为基准数据，表示为ID₀＝[L,VT₀,VB₀]，其中ID₀代表编号为ID的脱粘检测光缆的基准数据，VT₀代表套管光缆的初始布里渊频移测量值，VB₀代表紧包光缆的初始布里渊频移测量值；选取对发动机脱粘检测过程中第i次测试数据，表示为ID_i＝[L,VT_i,VB_i]，其中VT_i代表套管光缆第i次布里渊频移测量值，VB_i代表紧包光缆第i次布里渊频移测量值；

步骤三，实时检测光纤任一点的布里渊频移测量值，利用光纤布里渊频移对温度和应变敏感的特性，对比第i次检测数据ID_i和基准数据ID₀，解析界面温度和应变变化；对于套管光缆，将光纤布里渊频移转换为界面温度分布Ti，转换方式为Ti＝(VT_i-VT₀)*C_T+T₀，其中C_T为温度灵敏系数，T₀为初始状态温度；对于紧包光缆，光纤布里渊频移转换为界面应变分布Ei，关系式为Ei＝[(VB_i-VB₀)-(VT_i-VT₀)]*C_E，其中C_E为应变灵敏系数；

步骤四，提取检测界面异常坐标点位，设定温度异常阈值φ_t，提取满足阈值条件Δt＝(T_i-T₀)≥φ_t的光纤温度异常点l_i，并根据界面光纤空间位置数据，定位界面温度异常位置(x_i,y_i)；设定应变异常阈值φ_e，提取满足阈值条件Δe＝(E_i-E₀)≥φ_e的光纤应变异常点l_i，并根据界面光纤空间位置数据，定位界面应变异常位置(x_i,y_i)；

步骤五，生成脱粘分布云图，将识别出的温度和应变异常位置点集合Ω＝{(x_i,y_i)|Δt＝(T_i-T₀)≥φ_t∪Δe＝(E_i-E₀)≥φ_e}显示为脱粘分布云图，异常点集聚的位置显示为脱粘区域，并发出警告信息。

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