CN114659897A - 一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置及试验方法 - Google Patents

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Abstract

一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置及试验方法，装置包括：压力容器部，所述压力容器部内腔的温度及气压压力可控，用于提供拉伸试验测试环境；原位拉伸部，所述原位拉伸部设置在压力容器部内腔，用于拉伸试样；夹紧部，所述夹紧部与原位拉伸部连接，用于夹持试样；动力加载部，所述动力加载部设置在压力容器部外侧，并与原位拉伸部驱动连接，用于提供拉伸驱动力；监测部，所述监测部用于监测试样应变变化。本发明提供的技术方案能够有效地测试温度‑围压‑可调应变率多因素耦合影响下的固体推进剂力学性能，提高了固体推进剂力学性能的检测准确性。

Description

一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置及试验方法
技术领域
本发明涉及一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置，属于航天燃料技术领域。本发明还涉及一种试验方法，具体涉及一种固体推进剂围压原位拉伸的试验方法。
背景技术
固体推进剂力学性能研究通常采用宏观力学试验方法，例如在材料力学试验机上进行的拉伸/压缩、松弛、蠕变等单载荷因素试验，从而获得固体推进剂率相关的应力-应变响应曲线。如果考虑环境温度因素时，可以将力学加载试验机置于温箱内部，得到不同温度和应变率双因素耦合影响下固体推进剂的力学响应。但试验涉及围压载荷时，对于如何形成一种有效的固体推进剂力学性能测试系统，问题复杂性将大大增加。
固体推进剂围压加载试验系统研制主要是针对固体发动机点火的超常环境，因此围压试验系统的设计需要至少考虑环境压强、环境温度和加载应变率三个因素。尤其是在低温下，高应变率、高围压和低温的耦合作用常常导致药柱的结构完整性破坏。
目前针对围压下、多载荷因素耦合的力学性能测试设备还不成熟，没有较完备的系统测试方法，并且，此行业也未形成相应的标准。因此，如何提供一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置，使其能够有效地测试温度-围压-可调应变率多因素耦合影响下的固体推进剂力学性能，提高固体推进剂力学性能的检测准确性，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于解决固体推进剂加载试验存在的问题，提供了一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置及试验方法。与现有技术相比，本发明提供的技术方案，通过压力容器部为夹紧部中的试样提供预设的温度及气压压力环境，再通过动力加载部控制原位拉伸部对试样进行拉伸，达到了对试样进行围压下应变测试的目的。本发明提供的技术方案，能够分析多载荷耦合作用对推进剂药柱力学性能的影响，对不同载荷条件下的固体发动机结构完整性及工作可靠性做出评估，有助于推进发动机工作安全性事业的进程。
根据本发明的第一个实施方案，提供一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置：
该装置包括：压力容器部，所述压力容器部内腔的温度及气压压力可控，用于提供拉伸试验测试环境；原位拉伸部，所述原位拉伸部设置在所述压力容器部内腔，用于拉伸试样；夹紧部，所述夹紧部与所述原位拉伸部连接，用于夹持试样；动力加载部，所述动力加载部设置在所述压力容器部外侧，并与所述原位拉伸部驱动连接，用于提供拉伸驱动力；监测部，所述监测部用于监测试样应变变化。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述压力容器部包括：压力罐；压力表，所述压力表设置在所述压力罐上，用于监测所述压力罐内部的压力；温度计，所述温度计设置在所述压力罐上，用于监测所述压力罐内部的温度。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述压力容器部还包括：支撑导向杆，所述支撑导向杆水平设置在所述压力罐内部；所述原位拉伸部包括：第一滑台，所述第一滑台滑动设置在所述支撑导向杆上；第二滑台，所述第二滑台滑动设置在所述支撑导向杆上；双向丝杆，所述双向丝杆设置在所述压力罐内壁上，并与所述动力加载部传动连接，所述双向丝杆与所述支撑导向杆平行设置；第一连接臂，所述第一连接臂设置在所述第一滑台上，用于与所述夹紧部的一端连接；第二连接臂，所述第二连接臂设置在所述第二滑台上，用于与所述夹紧部的另一端连接；其中，所述第一滑台和所述第二滑台相对设置；所述双向丝杆与所述第一滑台、所述第二滑台螺旋结构配合传动连接，所述第一滑台和所述双向丝杆配合的螺纹结构旋向与所述第二滑台和所述双向丝杆配合的螺纹结构旋向相反。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述第一连接臂包括：第一连接座，所述第一连接座设置在所述第一滑台上；第一拉板，所述第一拉板设置在所述第一连接座上；所述第二连接臂包括：第二连接座，所述第二连接座设置在所述第二滑台上；第二拉板，所述第二拉板设置在所述第二连接座上；所述原位拉伸部还包括：调节螺丝杆，所述调节螺丝杆设置在所述夹紧部的两端，所述夹紧部的两端通过调节螺丝杆分别与所述第一拉板、所述第二拉板连接。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述原位拉伸部还包括：调整垫片组，所述调整垫片组设置在所述第一连接座和所述第一滑台之间；所述调整垫片组设置在所述第二连接座和所述第二滑台之间；所述调整垫片组用于调整所述第一连接座和所述第一滑台之间的距离/所述第二连接座和所述第二滑台之间的距离，便于调节所述夹紧部的水平位置。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述夹紧部包括：力传感器，所述力传感器设置在所述第一固定抓手或所述第二固定抓手端部；第一固定抓手，所述第一固定抓手用于夹持试样一端；第二固定抓手，所述第二固定抓手用于夹持试样另一端；所述第一固定抓手和所述第二固定抓手上设置有用于与所述试样配合的夹紧口。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述压力容器部还包括：轴承组件，所述轴承组件设置在所述压力罐壁内，与所述双向丝杆配合；轴承密封圈，所述轴承密封圈设置在所述轴承组件上；密封端盖，所述密封端盖设置在所述压力罐外壁上，用于封盖所述双向丝杆一端；端盖密封圈，所述端盖密封圈配合所述密封端盖设置在所述压力罐壁内。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述压力容器部还包括：观察窗，所述观察窗设置在所述压力罐上。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，其特征在于，所述动力加载部包括：底座；联轴器；电机，所述电机设置在所述底座上，所述电机通过联轴器与所述双向丝杆传动连接。
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述监测部包括：
图像采集装置，所述图像采集装置设置在所述压力容器部上，用于采集所述试样的外表面散斑变化图像；
进一步地，作为本发明一种更为优选地实施方案，所述监测部包括：应变片，设置在所述试样表面上，用于记录试样应变随时间的变化。
根据本发明的第二个实施方案，提供一种试验方法：
一种基于第一个实施方案的试验方法，该方法包括如下步骤：将已夹紧试样的夹紧部安装至原位拉伸部上；调节控制所述压力容器部内腔的温度及气压压力；通过所述动力加载部控制所述原位拉伸部对所述试样的拉伸速率；通过所述力传感器获取拉伸加载过程中试样的应力-时间曲线函数；通过所述应变片或所述图像采集装置获取拉伸加载过程中试样的应变- 时间曲线；结合所述应力-时间曲线函数和所述应变-时间曲线构建应力-应变曲线。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明原位拉伸单元整体设置在压力罐内，将固体推进剂围压原位拉伸试验动态密封问题集中在两端轴承处，降低密封难度；并采用密封端盖、轴承、轴承密封圈进行密封；
2、本发明双向丝杆采用两段不同旋向的螺纹，在一个步进电机驱动下，达到双向原位拉伸的目的；由于滚珠丝杠机构的传递效率高，因而可以实现应变率的高精度加载，提高试验结果数据的准确度；
3、本发明连接座与滑台连接处采用一对调整垫片组，以及连接座背面和底面有定位条形扩孔，用于微调两侧拉板的位置，保证哑铃型推进剂试样的平面、水平拉伸。该实验装置可进行宽温度-围压-可调应变率多因素耦合影响下的固体推进剂力学性能测试试验，具有压力可控、实时测量、精确控制及可视化表征等优势。
附图说明
图1为本发明的实施例中固体推进剂围压原位拉伸试验装置的整体结构立体示意图；
图2为本发明的实施例中压力罐内结构立体示意图；
图3为本发明的实施例中压力罐内结构示意主视图；
图4为本发明的实施例中夹紧部示意图；
图5为本发明的实施例中调整垫片组结构示意图。
附图标记：
动力加载部1；电机101；联轴器102；底座103；压力容器部2；压力罐201；压力表202；温度计203；观察窗204；密封端盖205；端盖密封圈206；轴承组件207；轴承密封圈 208；支撑导向杆209；原位拉伸部3；夹紧部5；试样6；力传感器501；第二固定抓手502；第一固定抓手503；第二拉板302；第一拉板303；调节螺丝杆304；第二连接座305；第一连接座306；调整垫片组307；第一滑台308；第二滑台309；双向丝杆301；监测部4；应变片401；图像采集装置402。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置在”另一个元件上，它可以直接在另一个元件上或者间接设置在另一个元件上；当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
根据本发明的第一个实施方案，提供一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置：
一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置，该装置包括：压力容器部2，所述压力容器部2 内腔的温度及气压压力可控，用于提供拉伸试验测试环境；原位拉伸部3，所述原位拉伸部3 设置在所述压力容器部2内腔，用于拉伸试样6；夹紧部5，所述夹紧部5与所述原位拉伸部 3连接，用于夹持试样6；动力加载部1，所述动力加载部1设置在所述压力容器部2外侧，并与所述原位拉伸部3驱动连接，用于提供拉伸驱动力；监测部4，所述监测部4用于监测试样6应变变化。
需要说明的是，本发明中所涉及的试样具体为固体推进剂药柱。由于固体火箭发动机从生产、运输、贮存到成功发射整个寿命周期中要经历高速位移、高振动频率、高温/低温、高压/低压等一系列综合工作环境。因此在力学试验机上对固体推进剂进行的拉伸/压缩、松弛、蠕变等单因素加载试验，显然不能满足不同载荷条件下的固体发动机结构完整性及工作可靠性的评估要求。
现有技术中，并无能够准确还原固体推进剂使用环境和同时检测固体推进剂力学性能的装置。鉴于固体推进剂实际使用环境的模拟的困难性，本发明提供了一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置的技术方案，推进了如上问题的解决进程，即实现在温度-围压-可调应变率多因素耦合影响下的固体推进剂力学性能检测。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述压力容器部2包括：所述压力容器部2包括：压力罐201；压力表202，所述压力表202设置在所述压力罐201上，用于监测所述压力罐201内部的压力；温度计203，所述温度计203设置在所述压力罐201上，用于监测所述压力罐201内部的温度。
需要说明的是，通过压力表和温度计，能够准确及时的获取压力罐内温度数据及气压压力数据，为固体推进剂的拉伸试验提供数据参考。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述压力容器部2还包括：支撑导向杆209，所述支撑导向杆209水平设置在所述压力罐201内部；所述原位拉伸部3包括：第一滑台308，所述第一滑台308滑动设置在所述支撑导向杆209上；第二滑台309，所述第二滑台309滑动设置在所述支撑导向杆209上；双向丝杆301，所述双向丝杆301设置在所述压力罐201 内壁上，并与所述动力加载部1传动连接，所述双向丝杆301与所述支撑导向杆209平行设置；第一连接臂，所述第一连接臂设置在所述第一滑台308上，用于与所述夹紧部5的一端连接；第二连接臂，所述第二连接臂设置在所述第二滑台309上，用于与所述夹紧部5的另一端连接；其中，所述第一滑台308和所述第二滑台309相对设置；所述双向丝杆301与所述第一滑台308、所述第二滑台309螺旋结构配合传动连接，所述第一滑台308和所述双向丝杆301配合的螺纹结构旋向与所述第二滑台309和所述双向丝杆301配合的螺纹结构旋向相反。
需要说明的是，通过调节双向丝杆的转向来控制第一滑台和第二滑台相对远离/拉进的运动，联合第一连接臂和第二连接臂结构的力传动效应，实现对试样的原位拉伸加载作业。
需要补充说明的是，第一滑台和第二滑台与双向丝杆为螺纹结构连接，使得第一滑台和第二滑台在双向丝杆的带动下，能够实现高精度的位移。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述第一连接臂包括：第一连接座306，所述第一连接座306设置在所述第一滑台308上；第一拉板303，所述第一拉板303设置在所述第一连接座306上；所述第二连接臂包括：第二连接座305，所述第二连接座305设置在所述第二滑台309上；第二拉板302，所述第二拉板302设置在所述第二连接座305上；所述原位拉伸部3还包括：调节螺丝杆304，所述调节螺丝杆304设置在所述夹紧部5的两端，所述夹紧部5的两端通过调节螺丝杆304分别与所述第一拉板303、所述第二拉板302连接。
需要说明的是，通过调节螺丝杆能够对第一固定抓手和第二固定抓手间的距离进行微调，便于试样在夹紧部上的装卸。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述原位拉伸部3还包括：调整垫片组307，所述调整垫片组307设置在所述第一连接座306和所述第一滑台308之间；
所述调整垫片组307设置在所述第二连接座305和所述第二滑台309之间；
所述调整垫片组用于调整所述第一连接座306和所述第一滑台308之间的距离/所述第二连接座305和所述第二滑台309之间的距离。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述夹紧部5包括：力传感器501，所述力传感器501设置在所述第一固定抓手503或所述第二固定抓手502端部；第一固定抓手503，所述第一固定抓手503用于夹持试样6一端；第二固定抓手502，所述第二固定抓手502用于夹持试样6另一端；所述第一固定抓手503和所述第二固定抓手502上设置有用于与所述试样6配合的夹紧口。
需要说明的是，为了使得试样在受到拉伸加载的过程中，主要应变点位于试样的中心，而不出现在靠近第一固定抓手或第二固定抓手的一端，所述试样被设计成类哑铃的形状，即两头设有大头区域，中间为直杆状。
需要说明的是，夹紧口用于夹持试样两端的大头区域。
需要说明的是，通过力传感器能够准确采集试样在拉伸加载过程中的力载荷数据变化情况。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述压力容器部2还包括：轴承组件207，所述轴承组件207设置在所述压力罐201壁内，与所述双向丝杆301配合；轴承密封圈208，所述轴承密封圈208设置在所述轴承组件207上；密封端盖205，所述密封端盖205设置在所述压力罐201外壁上，用于封盖所述双向丝杆301一端；端盖密封圈206，所述端盖密封圈206配合所述密封端盖205设置在所述压力罐201壁内。
需要说明的是，双向丝杆通过两端的轴承组件设置在压力罐内，通过压力罐外部的动力加载部控制双向丝杆的转动速率和转向。进一步通过设置在双向丝杆上的端盖密封圈、密封端盖、轴承密封圈，将压力罐构成密闭的腔体，进而能够为试验提供稳定的模拟环境。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述压力容器部2还包括：观察窗204，所述观察窗204设置在所述压力罐201上。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述动力加载部1包括：底座103；联轴器102；电机101，所述电机101设置在所述底座103上，所述电机101通过联轴器102与所述双向丝杆301传动连接。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述监测部4包括：
图像采集装置402，所述图像采集装置402设置在所述压力容器部2上，用于采集所述试样6的外表面散斑变化图像；
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述监测部4包括：应变片401，设置在所述试样6表面上，用于记录试样6应变随时间的变化。
需要说明的是，本发明提供的技术方案中，通过两种方式对试样的应变状态数据进行采集。第一种方式为，通过图像采集装置实时采集试样在拉伸加载过程中外表面散斑变化数据。第二种方式为，通过应变片实时采集试样在拉伸加载过程中外表面的应变数据。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述压力容器部2还包括：设置在所述压力罐201上的振动装置；所述振动装置用于模拟航天器在实际飞升过程中的振动数据。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，所述压力容器部2还包括：设置在所述压力罐201内部的气压鼓动装置，所述气压鼓动装置包括：体积可控的密闭主体。通过控制密闭主体的体积变化，实现对压力罐内部气压力的快速波动。即，模拟在航天器在实际飞升过程中固体推进剂环境中的气压快速波动。
根据本发明的第二个实施方案，提供一种试验方法：
一种基于第一个实施方案的试验方法，该方法包括如下步骤：将已夹紧试样6的夹紧部 5安装至原位拉伸部3上；调节控制所述压力容器部2内腔的温度及气压压力；通过所述动力加载部1控制所述原位拉伸部3对所述夹紧部5进行拉伸加载；通过所述力传感器501获取拉伸加载过程中试样6的应力-时间曲线函数；通过所述应变片401或所述图像采集装置 402获取拉伸加载过程中试样6的应变-时间曲线；结合所述应力-时间曲线函数和所述应变- 时间曲线构建应力-应变曲线。
具体地进行阐述，在本发明实施例中，该方法还包括如下步骤：通过振动装置对外部试样进行振动模拟，以检测在不同振动的实际环境下，固体推进剂的力学性能。
在本发明实施例中，通过进一步的实施方法，即：增设振动装置对外部试样进行振动模拟，其中，由于振动装置能够对外部式样进行振动模拟，从而能够获取外部式样在不同的振动环境下的状态，进而，相较于现有技术能够检测外部式样在不同振动的实际环境下固体推进剂的力学性能，因此，本发明进一步的实施方案，能够在基于解决背景技术提出的问题基础上，还具备在多样实验环境下进行检测的效果，解决了检侧环境状态单一、数据不全面的问题。
需要说明的是，该方法还包括：通过预先采集到的实际发射火箭固体燃料仓的振动数据对所述振动装置进行控制，进而在本申请装置中模拟振动环境下的固体推进剂的力学性能。其中，所述振动数据包括：振动方向、振动频率及振动幅度数据。
需要补充说明的是，在进一步的具体实施例中，该方法还包括如下步骤：通过气压鼓动装置模拟固体推进剂在消耗过程中，由于前端固体推进剂的消耗，降低下一阶段固体推进剂围压的实际环境，以检测下一阶段即将参与燃烧的固体推进剂的力学性能。
在本发明实施例中，通过进一步的实施方法，即：增加气压鼓动装置，在局部或部分固体推进剂已消耗状态下，对外部试样进行剩余固体推进剂的围压模拟。其中，由于气压鼓动装置能够模拟外部式样的围压瞬时变化，从而能够获取外部试样在不同的瞬时围压状态，进而相较于现有技术能够检测外部式样在不同瞬时围压下的力学性能，因此，本发明进一步的实施方案，能够在基于解决背景技术提出的技术问题基础上，还具备在多样实验环境下进行检测的效果，解决了检侧环境状态单一、数据不全面的问题。
本发明还提供一种基于第一个实施方案的试验方法的技术方案。在该技术方案中，先将装有试样的夹紧部安装在原位拉伸部上，通过控制调剂压力罐内的温度和气压数据，来模拟固体推进剂的实际使用环境。接着在预设好的温度、气压及高应变率的条件下，对固体推进剂(试样)进行拉伸，并采集应变-时间曲线函数及应力-时间曲线函数，最终得到高可靠性、高准确性的应变-应力曲线函数。
实施例1
一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置，该装置包括：压力容器部2，所述压力容器部2 内腔的温度及气压压力可控，用于提供拉伸试验测试环境；原位拉伸部3，所述原位拉伸部3 设置在所述压力容器部2内腔，用于拉伸试样6；夹紧部5，所述夹紧部5与所述原位拉伸部 3连接，用于夹持试样6；动力加载部1，所述动力加载部1设置在所述压力容器部2外侧，并与所述原位拉伸部3驱动连接，用于提供拉伸驱动力；监测部4，所述监测部4用于监测试样6应变变化。
实施例2
重复实施例1，只是所述压力容器部2包括：所述压力容器部2包括：压力罐201；压力表202，所述压力表202设置在所述压力罐201上，用于监测所述压力罐201内部的压力；温度计203，所述温度计203设置在所述压力罐201上，用于监测所述压力罐201内部的温度。
实施例3
重复实施例2，只是所述压力容器部2还包括：支撑导向杆209，所述支撑导向杆209水平设置在所述压力罐201内部；所述原位拉伸部3包括：第一滑台308，所述第一滑台308滑动设置在所述支撑导向杆209上；第二滑台309，所述第二滑台309滑动设置在所述支撑导向杆209上；双向丝杆301，所述双向丝杆301设置在所述压力罐201内壁上，并与所述动力加载部1传动连接，所述双向丝杆301与所述支撑导向杆209平行设置；第一连接臂，所述第一连接臂设置在所述第一滑台308上，用于与所述夹紧部5的一端连接；第二连接臂，所述第二连接臂设置在所述第二滑台309上，用于与所述夹紧部5的另一端连接；其中，所述第一滑台308和所述第二滑台309相对设置；所述双向丝杆301与所述第一滑台308、所述第二滑台309螺旋结构配合传动连接，所述第一滑台308和所述双向丝杆301配合的螺纹结构旋向与所述第二滑台309和所述双向丝杆301配合的螺纹结构旋向相反。
实施例4
重复实施例3，只是所述第一连接臂包括：设置在第一连接臂包括：第一连接座306，所述第一连接座306设置在所述第一滑台308上；第一拉板303，所述第一拉板303设置在所述第一连接座306上；所述第二连接臂包括：第二连接座305，所述第二连接座305设置在所述第二滑台309上；第二拉板302，所述第二拉板302设置在所述第二连接座305上；所述原位拉伸部3还包括：调节螺丝杆304，所述调节螺丝杆304设置在所述夹紧部5的两端，所述夹紧部5的两端通过调节螺丝杆304分别与所述第一拉板303、所述第二拉板302连接。
实施例5
重复实施例3，只是所述原位拉伸部3还包括：调整垫片组307，所述调整垫片组307设置在所述第一连接座306和所述第一滑台308之间；
所述调整垫片组307设置在所述第二连接座305和所述第二滑台309之间；
所述调整垫片组用于调整所述第一连接座306和所述第一滑台308之间的距离/所述第二连接座305和所述第二滑台309之间的距离。
实施例6
重复实施例4，只是所述夹紧部5包括：力传感器501，所述力传感器501设置在所述第一固定抓手503或所述第二固定抓手502端部；第一固定抓手503，所述第一固定抓手503用于夹持试样6一端；第二固定抓手502，所述第二固定抓手502用于夹持试样6另一端；所述第一固定抓手503和所述第二固定抓手502上设置有用于与所述试样6配合的夹紧口。
实施例7
重复实施例3，只是所述压力容器部2还包括：轴承组件207，所述轴承组件207设置在所述压力罐201壁内，与所述双向丝杆301配合；轴承密封圈208，所述轴承密封圈208设置在所述轴承组件207上；密封端盖205，所述密封端盖205设置在所述压力罐201外壁上，用于封盖所述双向丝杆301一端；端盖密封圈206，所述端盖密封圈206配合所述密封端盖 205设置在所述压力罐201壁内。
实施例8
重复实施例3，只是所述压力容器部2还包括：观察窗204，所述观察窗204设置在所述压力罐201上。
实施例9
重复实施例3，只是所述动力加载部1包括：底座103；联轴器102；电机101，所述电机101设置在所述底座103上，所述电机101通过联轴器102与所述双向丝杆301传动连接。
实施例10
重复实施例1，只是在本发明实施例中，所述监测部4包括：
图像采集装置402，所述图像采集装置402设置在所述压力容器部2上，用于采集所述试样6的外表面散斑变化图像；
实施例11
重复实施例1，只是所述监测部4包括：应变片401，设置在所述试样6表面上，用于记录试样6应变随时间的变化。
实施例12
一种基于第一个实施方案的试验方法，该方法包括如下步骤：将已夹紧试样6的夹紧部 5安装至原位拉伸部3上；调节控制所述压力容器部2内腔的温度及气压压力；通过所述动力加载部1控制所述原位拉伸部3对所述夹紧部5进行拉伸加载；通过所述力传感器501获取拉伸加载过程中试样6的应力-时间曲线函数；通过所述应变片401或所述图像采集装置 402获取拉伸加载过程中试样6的应变-时间曲线；结合所述应力-时间曲线函数和所述应变- 时间曲线构建应力-应变曲线。
本发明提供以下使用实施例：
使用实施例一：
下面结合图1～图5说明本实施方式，本实施方式所述一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置，包括动力加载部1、压力容器部2、原位拉伸部3、监测部4、夹紧部5和试样6；所述原位拉伸部3置于压力容器部2内，由动力加载部1提供驱动动力，并通过监测部4进行应力、应变实时测量；所述夹紧部包括力传感器501、第一固定抓手503、第二固定抓手502；所述原位拉伸部包括双向丝杆301、第二拉板302、第一拉板303、调节螺丝杆304、第二连接座305、第一连接座306、调整垫片组307、第一滑台308、第二滑台309；
夹紧部5通过调节螺丝杆304固定于第二拉板302和第一拉板303上；调节螺丝杆304 共四个，左侧两个螺丝杆与第二固定抓手502上的螺纹孔连接，右侧两个螺丝杆与力传感器 501上的螺纹孔连接；
第二拉板302和第一拉板303为相互平行的立板，分别通过螺钉固定在第二连接座305 和第一连接座306上；
第二连接座305和第一连接座306分别通过调整垫片组固定于第一滑台308和第二滑台 309上；
第一滑台308和第二滑台309和双向丝杆301为滚珠丝杠机构；
所述压力容器部2包括压力罐201、压力表202、温度计203、观察窗204、密封端盖205、端盖密封圈206、轴承207、轴承密封圈208和支撑导向杆209；右端轴承207通过轴承密封圈208装于压力罐201右端，左端轴承207与密封端盖205通过轴承密封圈208装于压力罐201左端；密封端盖205不仅能够起到密封作用，同时也能便于丝杠的安装；压力罐201上装有压力表202、温度计203，用于实时检测；支撑导向杆209设置在压力罐201底部两侧，与压力罐201密封固定连接，用于对第一滑台308和第二滑台309的移动导向以及支撑原位拉伸部3。
所述动力加载部1包括步进电机101、联轴器102、底座103；步进电机101和双向丝杆 301通过联轴器102连接，压力容器部2安装固定于底座103上；
步进电机101在给定信号输入下，控制双向丝杆301的转速，对夹紧部5加载的应变率进行高精度调节。固体推进剂围压原为拉伸试验装置的温度调节是通过将装置置于温箱中完成的。
工作过程：将装置置于温箱内部，调节至试验温度。观察压力表202，对压力罐201充氮气增压，直至试验指定压力大小。由步进电机101带动双向丝杆301旋转，通过滚珠丝杠机构，使得第一滑台308与第二滑台309产生相反方向的运动；经滑台、连接座及拉板的固定结构，实现温度-围压-可调应变率多因素耦合影响下夹紧部5的动态原位拉伸加载；
力传感器501感应夹紧部5中动态拉伸过程的力载荷变化，通过信号传输，形成力载荷随时间的变化曲线，反应哑铃型推进剂试样6的应力变化情况。
监测部4采集夹紧部5中动态拉伸过程的变形变化，通过信号传输，形成变形随时间的变化曲线，反应试样6的应变变化情况。
结合试样6的应力变化情况和应变变化情况，构建应力-应变曲线。
该实验装置可进行宽温度-围压-可调应变率多因素耦合影响下的固体推进剂力学性能测试试验，具有压力可控、实时测量、精确控制及可视化表征等优势。
使用实施例二：
下面结合图2、图3和图5说明本实施方式，本实施方式对本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式对夹紧部5平稳的平面、水平、原位拉伸提供实现方案；
第二连接座305、第一连接座306有加强筋，用于提高原位拉伸部3的结构强度，保证原位拉伸试验平稳进行。调整垫片组307共厚5mm，由一个2mm垫片、两个1mm垫片和两个0.5mm垫片组成。双向丝杆301上加工的螺纹分正向段和反向段，在一个步进电机101驱动下，可以对试样同时两方向拉伸，达到原位拉伸的目的；第二连接座305、第一连接座306 背面和底面的定位孔都有扩孔处理，且底部有调整垫片组307，用于调节第二拉板302和第一拉板303的位置，保证试样6试验时为平面、水平拉伸。
使用实施例三：
下面结合图1～图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式给出了监测部4的两种实施方案：
方案1、监测部4采用应变片401实现，应变片401贴于试样6侧面，在水平原位拉伸试样时，由应变片401记录应变随时间的变化，进而测得试样6的应变-时间变化规律；
方案2、监测部4可采用图像采集装置402实现，图像采集装置402有两个，分别放置于压力罐201两侧观察窗204外。在试样6侧面喷涂散斑点，通过相机观测试样6原位拉伸的变形随时间的变化，进而测得试样6的应变-时间变化规律。
使用实施例四：
下面结合图4说明本实施方式，本实施方式对本实施方式对实施方式一作进一步说明，本实施方式提供夹紧部5的安装实施方案。
第二拉板302和第一拉板303各设置两个试件连接孔，可同时进行两个夹紧部5的拉伸试验；夹紧部5包括哑铃型推进剂试样6、方形力传感器501、第二固定抓手502、第一固定抓手503；
第一固定抓手503有外凸螺丝杆，与第二固定抓手502形状不同，用于与力传感器501 上的螺纹孔连接。第二固定抓手502、第一固定抓手503内凹形状与哑铃型推进剂试样6两端外凸形状相同，保证了哑铃型推进剂试样6的固定连接。
使用实施例五：
本实施方式通过一个具体实施例来说明装置试验步骤：
S1、首先将夹紧部5通过调节螺丝杆304固定于第二拉板302和第一拉板303上；
S2、通过第二连接座305和第一连接座306座背面和底面的定位扩孔以及底部有调整垫片组307，来调节第二拉板302和第一拉板303的位置，保证哑铃型推进剂试样6试验时为平面、水平拉伸；
S3、将装置置于温箱内部，调节至试验温度；
S4、观察压力表202，对压力罐201充氮气增压，直至指定压力大小；
S5、步进电机101在给定信号输入下，控制双向丝杆301的转速，提供夹紧部5试验所需的应变率加载；通过滚珠丝杠机构，使得第一滑台308与第二滑台309产生相反方向的运动；经滑台、连接座及拉板的固定结构，实现试验夹紧部5的动态原位拉伸加载；
S6、将计算机上的力传感器501输出信号、应变片401输出信息、或图像采集装置402 输出图像进行处理，整理出哑铃型推进剂试样6拉伸加载的应力-时间曲线和应变-时间曲线；
S7、结合哑铃型推进剂试样6的应力变化情况和应变变化情况，构建应力-应变曲线；完成动态拉伸试验。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种固体推进剂围压原位拉伸试验装置，其特征在于，包括：压力容器部(2)，所述压力容器部(2)内腔的温度及气压压力可控，用于提供拉伸试验测试环境；原位拉伸部(3)，所述原位拉伸部(3)设置在所述压力容器部(2)内腔，用于拉伸试样(6)；夹紧部(5)，所述夹紧部(5)与所述原位拉伸部(3)连接，用于夹持试样(6)；动力加载部(1)，所述动力加载部(1)设置在所述压力容器部(2)外侧，并与所述原位拉伸部(3)驱动连接，用于提供拉伸驱动力；监测部(4)，所述监测部(4)用于监测试样(6)应变变化。
2.根据权利要求1所述的固体推进剂围压原位拉伸试验装置，其特征在于，所述压力容器部(2)包括：压力罐(201)；压力表(202)，所述压力表(202)设置在所述压力罐(201)上，用于监测所述压力罐(201)内部的压力；温度计(203)，所述温度计(203)设置在所述压力罐(201)上，用于监测所述压力罐(201)内部的温度。
3.根据权利要求2所述的固体推进剂围压原位拉伸试验装置，其特征在于，所述压力容器部(2)还包括：支撑导向杆(209)，所述支撑导向杆(209)水平设置在所述压力罐(201)内部；所述原位拉伸部(3)包括：第一滑台(308)，所述第一滑台(308)滑动设置在所述支撑导向杆(209)上；第二滑台(309)，所述第二滑台(309)滑动设置在所述支撑导向杆(209)上；双向丝杆(301)，所述双向丝杆(301)设置在所述压力罐(201)内壁上，并与所述动力加载部(1)传动连接，所述双向丝杆(301)与所述支撑导向杆(209)平行设置；第一连接臂，所述第一连接臂设置在所述第一滑台(308)上，用于与所述夹紧部(5)的一端连接；第二连接臂，所述第二连接臂设置在所述第二滑台(309)上，用于与所述夹紧部(5)的另一端连接；其中，所述第一滑台(308)和所述第二滑台(309)相对设置；所述双向丝杆(301)与所述第一滑台(308)、所述第二滑台(309)螺旋结构配合传动连接，所述第一滑台(308)和所述双向丝杆(301)配合的螺纹结构旋向与所述第二滑台(309)和所述双向丝杆(301)配合的螺纹结构旋向相反。
4.根据权利要求3所述的固体推进剂围压原位拉伸试验装置，其特征在于，所述第一连接臂包括：第一连接座(306)，所述第一连接座(306)设置在所述第一滑台(308)上；第一拉板(303)，所述第一拉板(303)设置在所述第一连接座(306)上；所述第二连接臂包括：第二连接座(305)，所述第二连接座(305)设置在所述第二滑台(309)上；第二拉板(302)，所述第二拉板(302)设置在所述第二连接座(305)上；所述原位拉伸部(3)还包括：调节螺丝杆(304)，所述调节螺丝杆(304)设置在所述夹紧部(5)的两端，所述夹紧部(5)的两端通过调节螺丝杆(304)分别与所述第一拉板(303)、所述第二拉板(302)连接。
5.根据权利要求3或4所述的固体推进剂围压原位拉伸试验装置，其特征在于，所述原位拉伸部(3)还包括：调整垫片组(307)，所述调整垫片组(307)设置在所述第一连接座(306)和所述第一滑台(308)之间；所述调整垫片组(307)设置在所述第二连接座(305)和所述第二滑台(309)之间；所述调整垫片组用于调整所述第一连接座(306)和所述第一滑台(308)之间的距离/所述第二连接座(305)和所述第二滑台(309)之间的距离，便于调节所述夹紧部的水平位置。
6.根据权利要求4所述的固体推进剂围压原位拉伸试验装置，其特征在于，所述夹紧部(5)包括：力传感器(501)，所述力传感器(501)设置在所述第一固定抓手(503)或所述第二固定抓手(502)端部；第一固定抓手(503)，所述第一固定抓手(503)用于夹持试样(6)一端；第二固定抓手(502)，所述第二固定抓手(502)用于夹持试样(6)另一端；所述第一固定抓手(503)和所述第二固定抓手(502)上设置有用于与所述试样(6)配合的夹紧口。
7.根据权利要求3所述的固体推进剂围压原位拉伸试验装置，其特征在于，所述压力容器部(2)还包括：轴承组件(207)，所述轴承组件(207)设置在所述压力罐(201)壁内，与所述双向丝杆(301)配合；轴承密封圈(208)，所述轴承密封圈(208)设置在所述轴承组件(207)上；密封端盖(205)，所述密封端盖(205)设置在所述压力罐(201)外壁上，用于封盖所述双向丝杆(301)一端；端盖密封圈(206)，所述端盖密封圈(206)配合所述密封端盖(205)设置在所述压力罐(201)壁内；和/或
所述压力容器部(2)还包括：观察窗(204)，所述观察窗(204)设置在所述压力罐(201)上。
8.根据权利要求3-7中任一项所述的固体推进剂围压原位拉伸试验装置，其特征在于，所述动力加载部(1)包括：底座(103)；联轴器(102)；电机(101)，所述电机(101)设置在所述底座(103)上，所述电机(101)通过联轴器(102)与所述双向丝杆(301)传动连接。
9.根据权利要求1-7中任一项所述的固体推进剂围压原位拉伸试验装置，其特征在于，所述监测部(4)包括：图像采集装置(402)，所述图像采集装置(402)设置在所述压力容器部(2)上，用于采集所述试样(6)的外表面散斑变化图像；和/或
所述监测部(4)包括：应变片(401)，所述应变片(401)设置在所述试样(6)表面上，用于记录试样(6)应变随时间的变化。
10.一种应用权利要求1-9中任一项所述固体推进剂围压原位拉伸试验装置的试验方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：将已夹紧试样(6)的夹紧部(5)安装至原位拉伸部(3)上；调节控制所述压力容器部(2)内腔的温度及气压压力；通过所述动力加载部(1)控制所述原位拉伸部(3)对所述试样(6)的拉伸速率；通过所述力传感器(501)获取拉伸加载过程中试样(6)的应力-时间曲线函数；通过所述应变片(401)或所述图像采集装置(402)获取拉伸加载过程中试样(6)的应变-时间曲线；结合所述应力-时间曲线函数和所述应变-时间曲线构建应力-应变曲线。
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