CN114624415A - 一种固体推进剂加速老化试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固体推进剂加速老化试验装置及方法，试验装置包括：一种固体推进剂加速老化试验装置，包括：轴向固定夹具；轴向调节装置；轴向可动夹具，所述轴向可动夹具能够在轴向调节装置的作用下沿轴向移动；所述轴向固定夹具和所述轴向可动夹具具有能够彼此配合从而夹持推进剂试件的多个夹持部，且在夹持状态下，分别被所述多个夹持部夹持的多个推进剂试件处于同一平面中。本发明能够在节约空间的情况下，提高试验效率。

Description

一种固体推进剂加速老化试验装置及方法

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体来说涉及一种固体推进剂加速老化试验装置及方法。

背景技术

固体火箭发动机具有结构简单、维护简便、操作方便、可靠性高、长期贮存性好等优点，在海陆空天等各种武器系统中得到了广泛的应用。在各种导弹武器中，动力装置都在向固体化趋势发展。

固体火箭发动机具有“长期贮存，一次使用”的特殊性，即其长期处于贮存状态。因此对于这类装备而言，它们的发动机的工作状况往往决定着整个武器系统的工作情况。如果预估的寿命长于真实寿命，已经失效的固体火箭发动机会导致发射失败，甚至发生灾难性的爆炸，危及发射平台和人员的安全，严重影响导弹武器的战斗力；如果预估的时间过短，使大批可用固体火箭发动机提前报废、销毁，不但造成巨额的经济损失，而且污染环境。因此研究固体火箭发动机的寿命对于保证武器正常使用具有重要意义。

研究固体火箭发动机的寿命就是要研究固体火箭发动机的老化机理。固体火箭发动机的老化主要是三部分：推进剂的老化、发动机壳体的老化、密封橡胶材料的老化。而在实际贮藏过程中，由于贮藏环境的稳定，发动机壳体的机械性能不会发生显著变化。而密封橡胶材料可以通过定期更换来避免其老化的影响。因此推进剂的老化是影响固体火箭发动机老化的最主要因素。

由于装备固体火箭发动机的武器系统贮存时间长达数年，因此自然贮存试验虽然得到的结果很贴近推进剂实际情况，但是由于其试验周期长，故无法满足预估发动机使用寿命的要求。而根据时—温等效原理，我们可以通过将推进剂进行高温加速老化试验来等效等同常规条件下推进剂的使用寿命，从而达成预估固体火箭发动机寿命的目的。

在国内外已经进行的关于推进剂的高温老化加速试验中，大多进行的是无载荷情况下的推进剂高温加速老化试验。然而，在固体火箭发动机的实际生产制造、加工运输、贮存储藏的过程中，固体火箭发动机始终承受着一定的载荷。因此，无载荷情况下对于推进剂老化机理的相关研究与实际情况有一定的差异程度，不能很好的满足现实需要。随着相关研究的深入，越来越多的研究人员也意识到了无载荷情况下的高温加速试验结果与固体火箭发动机实际贮存老化情况之间的不同与差异。故施加载荷情况下的推进剂高温加速老化试验也在近些年发展起来。

例如，专利文献1提出了一种固体推进剂定应变老化试验夹具，包括上端板、下端板，若干个挂钩，上端板和下端板通过若干个双头有肩螺栓支撑固定，上端板和/或下端板上开设一个以上的矩形窗口，矩形窗口两侧的上端板和下端板上对称开设若干对第二通孔；挂钩包括平板，与平板固接的两个立板，两个立板的自由端向内延伸形成半径为R的弧面钩头；平板上开设与一对第二通孔位置对应的第三通孔；挂钩能够分别上端板与下端板相对固接且能够调整他们之间的距离。

专利文献2提出了一种针对不同尺寸试件可变应变实验装置，上端板及下端板通过穿过通孔的四根平行承重螺柱进行连接，承重螺柱与下端板通过螺母进行固定；上端板与下端板的相对位置通过调节对顶螺母位置确定；将活动夹板两侧的正方形滑块置于上端板及下端板内的凸字形滑道内，根据哑铃型试件两端的尺寸确定活动夹板的位置；螺柱穿过上端板与下端板凸字型中心的通孔及活动夹板下部中心处的通孔进行连接，采用螺母进行固定。

专利文献3提出了提供一种固体推进剂的加速老化试验装置，包括设定形状的固体推进剂试样、两个应力接头、夹具、老化室、高温恒温热源、低温恒温热源和模量测量设备。设定形状包括等腰梯形平板状或扇形平板状。两个应力接头分别粘接在固体推进剂试样两侧的腰线，夹具夹持在固体推进剂试样上应力接头所在两侧，用于将固体推进剂试样拉伸至预定位置进行应变无级加载。老化室内设置有测试工装，测试工装用于安装拉伸后的固体推进剂试样，高温恒温热源连接至一个应力接头，低温恒温热源连接至另一个应力接头，高温恒温热源和低温恒温热源分别用于在老化室抽真空后，对固体推进剂试样进行温度无级加载，将固体推进剂试样稳定至恒定温度梯度。模量测量设备用于分别在测试开始后，在设定的不同时间节点，对固体推进剂试样的多个位置进行弹性模量测量并输出测量数据；测量数据用于确定固体推进剂试样的加速老化试验结果。

专利文献4是本申请人的在先专利，其公开了一种固体推进剂加速老化试验装置，包括：框架，所述框架包括竖直支架和横向支架；夹具连接部，所述夹具连接部设置在所述横向支架上；夹具组件，所述夹具组件与所述夹具连接部连接；所述夹具组件包括上夹具和下夹具，所述上夹具和下夹具均包括固定部分和可动部分，所述固定部分和可动部分之间通过弹性件连接。该专利的方案在推进剂试样变形后，夹具仍然能够牢固夹持推进剂试样的弧形段。

专利文献1：公告号：CN214121810U；分类号：G01N3/04；

专利文献2：公开号：CN110646582A；分类号：G01N33/22；

专利文献3：公开号：CN113324846A；分类号：G01N3/18；

专利文献4：公告号：CN114018713B；分类号：G01N3/08。

但是，上述专利文献均存在各自的问题。专利文献1中的挂钩的形状是固定的，也就是说，其并不能针对不同尺寸的推进剂试件进行试验。此外，专利文献1中的上下挂钩之间的距离调节是通过每个挂钩与背紧螺母来实现的，参见其所描述[0018]段。也就是说，专利文献1中的推进剂试件的安装与调节只能一个一个地进行，而事实上由于在一次试验中要针对多个推进剂试件进行试验，例如专利文献1是39个试件，这就要求针对各个试件施加的载荷应当尽量一致。因此，专利文献1还存在工作量大、载荷施加不一致的情况。

专利文献2生成解决了在哑铃型试件定应变老化实验中，不同尺寸哑铃型试件需要制作其对应尺寸的实验装置的问题。但是，其方案同样需要单独调节的问题。此外，该方案的尺寸校大，考虑到整个装置需要放置到高温箱中，这会导致单次能够进行试验的试件数量偏少。另外，针对每个夹具，需要设置对应的滑轨，加工制造成本也较高。

专利文献3在其背景技术部分意识到了传统试验中的推进剂使用量大、试验效率低的技术问题，但是其提供的方案脱离了现有的标准，具体效果尚未得到确认，且在实际应用中也难以得到相关方面的认可。

专利文献4虽然解决了试件变形引起的夹具夹持问题，但是同样存在体积较大的问题，且也需要针对单个试件进行操作，试验效率仍然存在提高的空间。

发明内容

结合申请人在该领域的研究和实际经验，在此提出以下改进的技术方案。

一种固体推进剂加速老化试验装置，包括：

轴向固定夹具；

轴向调节装置；

轴向可动夹具，所述轴向可动夹具能够在轴向调节装置的作用下沿轴向移动；

所述轴向固定夹具和所述轴向可动夹具具有能够彼此配合从而夹持推进剂试件的多个夹持部，且在夹持状态下，分别被所述多个夹持部夹持的多个推进剂试件处于同一平面中。

根据该方案，由于多个推进剂试件处于同一平面中，因此可以大大节约老化烘箱的空间，从而在一次试验中放置更多的试件，满足更多老化取样时间点的需求。

根据本发明的一个有利方面，所述轴向调节装置为丝杠，且平行于所述丝杠在所述丝杠的两侧各设置有至少一个导轨。

根据该方案，通过滑轨可以同时精确控制多个试样的应变水平，满足一个老化取样时间点的试验数量，解决了以往在推进剂试样上施加应变水平不同的问题。

根据本发明的一个有利方面，在轴向固定夹具和所述轴向可动夹具的外侧，设置有用于测量轴向固定夹具和轴向可动夹具之间的距离的距离测量装置。

根据该方案，可以测量实际施加的应变值是否相同，并可以保证精确地施加应变。

根据本发明的一个有利方面，所述轴向固定夹具和所述轴向可动夹具均包括多个固定夹和多个活动夹，所述多个活动夹为一体件，且所述多个活动夹能够相对于所述多个固定夹在垂直于所述推进剂试件的长度的方向上移动。

根据该方案，能够一次性地同时实现对所有试件的夹紧等操作，避免了现有技术中单个调节、单个安装的效率低下问题。

根据本发明的一个有利方面，所述轴向固定夹具和所述轴向可动夹具的活动夹分别通过调节构件来调节，从而改变固定夹和活动夹之间的距离。

根据本发明的一个有利方面，设置有距离测量装置，以测量所述固定夹和活动夹之间的距离。

根据本发明的一个有利方面，还包括底板和挡板，所述轴向固定夹具固定设置于所述挡板上。

此外，本发明还提出了一种使用固体推进剂加速老化试验装置进行的固体推进剂加速老化试验方法，包含如下步骤：

通过调节所述调节构件，从而一次性地实现对所有推进剂试件的宽度方向上的调节；

调节所述轴向调节装置，从而一次性地为所有推进剂试件施加应变。

本发明的进一步优点将在下文结合附图进行的详细说明中得以体现。

附图说明

参考附图描述本发明的示例性实施例，其中：

图1示出了本发明的固体推进剂加速老化试验装置的主视图；

图2示出了本发明的固体推进剂加速老化试验装置的夹具的主视图；

图3示出了本发明的固体推进剂加速老化试验装置的活动夹的主视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。

图1示出了本发明的固体推进剂加速老化试验装置的主视图。参见图1，本发明的固体推进剂加速老化试验装置包括底板16，在底板16上设置有夹具组件。夹具组件包括轴向固定夹具组件和轴向可动夹具组件，其中轴向固定夹具组件包括第一挡板1以及轴向固定夹具，而轴向可动夹具组件包括第二挡板9以及轴向可动夹具。轴向固定夹具相对于第一挡板1固定，轴向可动夹具则相对于第二挡板9固定。作为一种实施方式，轴向固定夹具可以通过螺纹紧固件2与第一挡板1固定连接。轴向固定夹具和轴向可动夹具的结构将在下文结合图2进行详细说明。

在本发明中，“轴向固定夹具”、“轴向可动夹具”中的“轴向”是指平行于轴向调节装置例如采用轴向调节丝杠11的方向，也就是推进剂试件的长度方向。

轴向可动夹具能够通过轴向调节丝杠11来实现轴向移动。即，当旋转轴向调节丝杠11时，根据旋转方向不同，轴向可动夹具可以靠近轴向固定夹具，或者远离轴向固定夹具。具体地，轴向可动夹具上设置有用于与轴向调节丝杠11配合的螺纹。

作为本发明的一种优选实施方式，与轴向调节丝杠11平行地设置有轴向第一距离测量装置5，以便确定轴向固定夹具与轴向可动夹具之间的距离，从而实现精确调节。

图2示出了本发明的固体推进剂加速老化试验装置的夹具的主视图。在图2中，上方是轴向固定夹具，下方是轴向可动夹具。图3示出了本发明的固体推进剂加速老化试验装置的活动夹的主视图。结合图2和图3可以看出，本发明的固体推进剂加速老化试验装置的夹具中，轴向固定夹具和轴向可动夹具的组成基本上相同，都由固定夹和活动夹组成。具体地，结合图2，以轴向固定夹具为例，轴向固定夹具包括一个一体式的活动夹14，以及多个与该活动夹14配合的固定夹15，固定夹15通过可拆卸的紧固装置17固定，例如可以固定至底板16，当然也可以固定到第一挡板1。在活动夹14的上部设置有与调节构件13相连的连接部。具体地，调节构件13可以是一部分设置有螺纹的杆状构件。在活动夹14的一端设置有用于与该调节构件13的螺纹配合的螺纹部，由此，通过调节构件13可以使得活动夹14沿着平行于调节构件13的方向移动，最终使得活动夹14与固定夹15之间的距离改变，从而能够使用不同尺寸的推进剂试件。优选地，为了安装方便，多个固定夹15也设置成一体式的结构。

在第一挡板1的两侧，可以设置两个第三挡板18，以便安装调节构件13。第三挡板18可以使用可拆卸的螺纹紧固件连接至底板16。优选地，在与调节构件13的操作端相邻的第三挡板18内侧，还设置有挡圈22，以防止调节构件13脱出。

再返回图1，在轴向固定夹具的一侧和轴向可动夹具的一侧均设置有第二距离测量装置3，以便将明确调整固定夹与活动夹之间的精确距离，避免夹持过紧或者过松。第二距离测量装置3可分别通过可拆卸的螺纹紧固件4和螺纹紧固件12来连接到底板16或者对应的第一挡板1、第二挡板9上。

进一步地，作为本发明的另一个优选实施方案，从图1中可知，在轴向调节丝杠11的两侧，还设置有两个导轨6。这两个导轨能够与轴向可动夹具配合，从而对其进行约束。由于在对轴向调节丝杠11进行调节时，轴向调节丝杠11是设置在整个装置的居中位置处，因此在图1所示的5个试样之中，中间和两侧所承受的定应变分布实际上并不均匀。在实际试验中，如果要施加9%的应变，则两侧的实际施加值是7%，而中间的实际施加值是10%。这是由从中间向两侧施加力然后拉伸导致的。为此，通过设置导轨6，由于导轨对轴向可动夹具提供了约束，使得轴向可动夹具在其长度方向上——即第二距离测量装置3的方向上——不发生变形，从而能够使得每个试样所施加的应变值都相同。这进一步提高了试验精度。

当采用本发明的固体推进剂加速老化试验装置进行试验时，可以首先调节轴向固定夹具和轴向可动夹具之间的距离，以及固定夹与活动夹之间的距离，从而使得推进剂试件能够被放入到固定夹和活动夹之间，然后可以调节固定夹与活动夹之间的距离以实现对试件的夹紧，以及调节轴向固定夹具和轴向可动夹具之间的距离，以为试件施加应变。

上文描述的仅仅是有关本发明的精神和原理的示例性实施方式。本领域技术人员可以明白，在不背离所述精神和原理的前提下，可以对所描述的示例做出各种变化，这些变化及其各种等同方式均被本发明人所预想到，并落入由本发明的权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种固体推进剂加速老化试验装置，包括：

轴向固定夹具；

轴向调节装置；

轴向可动夹具，所述轴向可动夹具能够在轴向调节装置的作用下沿轴向移动；

其特征在于，

所述轴向固定夹具和所述轴向可动夹具具有能够彼此配合从而夹持推进剂试件的多个夹持部，且在夹持状态下，分别被所述多个夹持部夹持的多个推进剂试件处于同一平面中。

2.根据权利要求1所述的一种固体推进剂加速老化试验装置，其特征在于，所述轴向调节装置为丝杠，且平行于所述丝杠在所述丝杠的两侧各设置有至少一个导轨。

3.根据权利要求2所述的一种固体推进剂加速老化试验装置，其特征在于，在轴向固定夹具和所述轴向可动夹具的外侧，设置有用于测量轴向固定夹具和轴向可动夹具之间的距离的距离测量装置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种固体推进剂加速老化试验装置，其特征在于，所述轴向固定夹具和所述轴向可动夹具均包括多个固定夹和多个活动夹，所述多个活动夹为一体件，且所述多个活动夹能够相对于所述多个固定夹在垂直于所述推进剂试件的长度的方向上移动。

5.根据权利要求4所述的一种固体推进剂加速老化试验装置，其特征在于，所述轴向固定夹具和所述轴向可动夹具的活动夹分别通过调节构件来调节，从而改变固定夹和活动夹之间的距离。

6.根据权利要求4所述的一种固体推进剂加速老化试验装置，其特征在于，设置有距离测量装置，以测量所述固定夹和活动夹之间的距离。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的一种固体推进剂加速老化试验装置，其特征在于，还包括底板和挡板，所述轴向固定夹具固定设置于所述挡板上。

8.一种使用根据权利要求4-6中任一项所述的固体推进剂加速老化试验装置进行的固体推进剂加速老化试验方法，其特征在于，包含如下步骤：

调节所述调节构件，从而一次性地实现对所有推进剂试件的宽度方向上的调节；

调节所述轴向调节装置，从而一次性地为所有推进剂试件施加应变。

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