CN1888897A - 火箭固体推进剂燃速测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火箭固体推进剂燃速测试系统，它涉及测试仪器技术领域，其目的是采用该系统以提高对固体推进剂燃速的测试精度和测试效率，实现对测试数据进行管理与数据自动处理，并实现测试过程的自动化。该系统是在现有技术的基础上采用了计算机技术，系统由燃烧室、信号采集装置、气路、水路与温度调控装置和特别设计的系统控制装置组成。系统控制装置包括计算机及控制软件和由阀门控制驱动电路与点火电路组成的控制柜。信号采集装置从燃烧室的工作状态中获得测试信号，经放大变换后传送给系统控制装置，由计算机进行数据处理并发出控制信号经阀门控制驱动电路和点火电路控制阀门通、断和点燃固体推进剂药条。本系统主要用于固体推进剂燃速测量。

Description

火箭固体推进剂燃速测试系统

技术领域

本发明涉及测试仪器技术领域，具体地说是一种火箭固体推进剂燃速测试系统，可用于水下声发射法和靶线法火箭固体推进剂燃速测量。

背景技术

国内目前已有的火箭固体推进剂声发射燃速测试方法始于80年代，而火箭固体推进剂靶线测试法则时间更早。详见1997年徐再荣在《固体火箭技术》上发表的“高压燃速声发射测试技术研究”和1998年再荣在《推进技术》上发表的“特低燃速固体推进剂低压下的燃速测试”。由于存在对推进剂燃烧所产生的声信号测量范围窄，数据处理方法误差较大，测试精度低等问题。特别是对燃速大于27mm/s和小于4mm/s的药条，难于获得准确测试结果，有的配方不能获得燃速压强指数并且测试系统自动化程度低。控制燃烧室进、排水，进、排气，压力调节的阀门均为手动阀门，控制精度低。现有设备计时采用电秒表计时，测量周期长、精度低，测量人员劳动强度大。信号采集采用图像记录器、数字计数器等设备记录声发射信号，不仅误差大，而且为后续的数据统计与处理带来不便。在数据处理方法上，传统数据处理方法在温度敏感系数和压强指数曲线的计算中采用单点平均计算的方法，导致计算时引入的误差较大。因此，对火箭固体推进剂燃速测试系统的更新刻不容缓。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种火箭固体推进剂燃速测试系统，以提高测试精度和测试效率，实现对测试数据进行管理与数据自动处理，并实现测试过程的自动化。

本发明的技术方案是：在现有技术的基础上采用了计算机技术，具体地说该系统包括燃烧室、信号采集装置、气路、水路与温度调控装置以及系统控制装置。燃烧室是药条燃烧的压力容器，燃烧室可以为一个或多个，燃烧室上安装有顶盖、进/排水口、进/排气口，顶盖上安装有铜电极；信号采集装置包括声发射信号接收传感器、压强传感器、温度传感器、铜电极、信号放大器、A/D卡。上述的传感器分别从燃烧室的工作状态中获得声信号、压强信号和温度信号，铜电极获得靶线通断信号，同时将这些信号传送给信号放大器进行放大，放大后的信号再传送给A/D卡，由A/D卡将模拟信号转变成数字信号。气路、水路与温度调控装置包括高压氮气气源、缓冲氮气瓶、温控装置、高压进气阀、缓冲气阀、排气阀、进水阀、排水阀和分别与它们连接的水管与气管，通过各阀门、气管与水管将气源、气瓶、温控装置与燃烧室连接，使燃烧室满足测试所需的环境要求。系统控制装置包括计算机及软件系统和机内安装的I/O控制卡，还包括由阀门控制驱动电路和点火电路组成的控制柜。阀门控制驱动电路输入端与I/O控制卡连接，输出端分别与气路、水路与温度调控装置中的各阀门连接。点火电路输入端与I/O控制卡连接，输出端与燃烧室顶盖的铜电极连接。由信号采集装置中安装在计算机主板插槽上的A/D卡输出的数字信号传送给计算机进行数据处理后产生系统的控制信号。控制信号经I/O控制卡送给阀门控制驱动电路，分别去控制各阀门的开启与关闭；点火信号经I/O控制卡送给点火电路，通过电缆给燃烧室顶盖的铜电极加以点火电流，使点火丝发热点燃固体推进剂药条；计算机与打印机连接，打印测试报告单。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、声信号的采集采用宽带声发射信号接收传感器。避免了传统单体窄带超声波接收传感器有效带宽难以覆盖所有被测试的信号，由此产生频带不匹配的问题。从而拓展了测量范围并降低测试误差，提高测试精度。

2、该系统在测试过程中所有阀门均采用电磁气动阀，由计算机自动控制，降低测试人员劳动强度，并提高测试环境调节精度。

3、传统数据处理方法在温度敏感系数和压强指数曲线的计算中采用单点平均计算的方法。在每一温度点对燃速求平均得到该点的平均燃速，当求出所有测试点的平均燃速后再用这些点的平均燃速计算温度敏感系数。而本发明在计算时，采用所有有效测试点的测量值参与温度敏感系数和压强指数的计算，提高了温度敏感系数、压强指数的测试精度。

4、该系统计时采用计算机时钟计时，比传统的电秒表计时精确度高。

5、在压强控制中，采用压强闭环模糊控制及联动自锁、互锁技术，减少了压强控制所需时间，提高了压强控制的精度。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图

图2是本发明软件工作流程简图

图3是本发明实施例1水下声发射法燃速测试系统结构示意图

图4是本发明实施例2靶线法燃速测试系统结构示意图

具体实施方式

参照图1，它是本发明的系统结构示意图，该系统由燃烧室2、信号采集装置、气路、水路与温度调控装置1和系统控制装置组成。燃烧室2有进/排水口、进/排气口，燃烧室2配有燃烧室顶盖3，燃烧室顶盖3上安装有铜电极。气路、水路与温度调控装置1内有高压氮气气源、缓冲氮气瓶、高压进气阀、缓冲气阀、排气阀、进水阀、排水阀、温控装置及相应的气管、水管。信号采集装置包括压强传感器4、温度传感器5、声发射信号接收传感器22、燃烧室顶盖3上的铜电极、信号放大器11和A/D卡13。气路、水路与温度调控装置1通过气路管线与燃烧室2上的进/排气孔连接。在测试时，气路、水路与温度调控装置1受阀门控制驱动电路7的控制信号控制，对燃烧室2充氮气并控制燃烧室内压强稳定于测试所需压强范围。在信号采集装置中，压强传感器4安装在进/排气口与燃烧室2连接的管道上，压强传感器4测得燃烧室的压强。温度传感器5安装在燃烧室2的外侧壁上，测得燃烧室的温度。声发射信号接收传感器22采集火箭固体推进剂药条燃烧时产生的声发射信号，燃烧室顶盖3上的铜电极采集火箭固体推进剂药条燃烧时的靶线通断信号。上述传感器测得的压强、温度、声发射信号或靶线通断信号均送给放大器11放大后再送给A/D卡13，由A/D卡13将模拟信号转变成数字信号后送给系统控制装置进行数据处理。控制装置由控制柜10和计算机及软件系统9组成，控制柜10内装有阀门控制驱动电路7和点火电路8，计算机9的主板插槽上装有I/O控制卡12和信号采集装置中的A/D卡13。计算机将A/D卡13送来的数字信号进行处理，产生控制命令，通过I/O控制卡12将控制信号送给控制柜10。控制柜10中的阀门控制驱动电路7接到控制信号后，控制气路、水路与温度调控装置1中的各个阀门，使其开启或关闭以调节燃烧室内的测试环境。点火电路8与燃烧室顶盖的铜电极连接。当燃烧室环境调节满足测试所需的环境要求后，点火电路8通过电缆给燃烧室顶盖的铜电极加以点火电流，使点火丝发热点燃固体推进剂药条。计算机9与打印机6连接打印输出测试数据。

在数据处理上，在采用格拉布斯(Grubbs)法则剔除无效数据后，直接将所有有效测试点的测量值参与温度敏感系数和压强指数的计算，以消除平均误差。

参照图2，它是本发明软件工作流程简图，结合该流程简图和系统的结构示意图说明其工作过程。

在进行测试前，所有电磁气动阀都处于关闭状态。使用软件设定各种测试参数。将燃烧室顶盖3的铜电极上绑缚点火丝。将燃烧室顶盖3插入燃烧室2并旋转使其密封好。系统自动判断点火丝是否连通，若点火丝不通则由操作人员更换点火丝后继续以上过程。温度传感器5采集温度信号并经过放大送入计算机9中，若燃烧室2温度高于测试所需温度，则由阀门控制驱动电路7控制气路、水路、温度调控装置1对燃烧室进行降温。若燃烧室2温度低于测试所需温度，则由阀门控制驱动电路7控制气路、水路、温度调控装置1对燃烧室2升温。当温度调节满足测试需要后，阀门控制驱动电路7控制气路、水路、温度调控装置1对燃烧室2进行加压。压强传感器4采集燃烧室2的压强，当燃烧室2压强大于测试所需压强时，则由阀门控制驱动电路7控制气路、水路、温度调控装置1对燃烧室排气降压。若燃烧室2压强小于测试所需压强，则由阀门控制驱动电路控制气路、水路、温度调控装置1对燃烧室2增压。当燃烧室2内的温度、压强等测试环境均符合测试所需的环境要求后，由操作人员控制计算机9发出点火命令时，I/O控制卡12向点火电路8发出控制信号使点火电路8通过电缆给燃烧室顶盖3的电极加以点火电流，从而使点火丝发热点燃固体推进剂药条。同时各传感器采集燃烧室2的温度、压强、声发射信号或靶线通断信号，并送入信号放大器11。信号放大器11将输入的声发射信号或靶线通断信号、温度电信号和压强电信号放大成为A/D卡13能够量化的模拟电信号，同时由A/D卡13将测得的模拟电信号转换成数字信号供计算机9处理。计算机9实时采集温度、压强、推进剂药条燃烧时的声发射信号或靶线通断信号，并显示在软件界面上，同时将测试数据存储在硬盘上。在完成一组药条的测试之后，由I/O控制卡12向阀门控制驱动电路7发出控制信号，控制气路、水路、温度调控装置1对燃烧室2减压排气或减压排水。软件自动对测试数据进行筛选，剔除异常数据，并计算燃速、压强指数、温度敏感系数，并由打印机6打印测试报告单。

参照图3，它是本发明实施例1水下声发射法燃速测试系统结构示意图。

火箭固体推进剂水下声发射测试系统的原理是将已测知长度的固体推进剂药条试样置于耐压燃烧室的水中，在达到规定的温度、压强测试条件下，点燃燃烧室内水中药条试样。药条燃烧产生的声信号通过声发射信号接收传感器接收后转换为电信号，该电信号经放大并转换成数字信号后送入计算机进行数据处理，从而精确测知固体推进剂试样药条的燃烧时间。试样药条的长度除以该时间，即可得到该测试压强、温度条件下的燃速值。

如图3所示与图1比较，本实施例的特点是靶线通断信号和声发射信号中仅采用了声发射信号，即仅安装了声发射信号接收传感器22。该传感器22紧贴燃烧室外壁安装。声发射信号接收传感器22的信号输出端与前置放大器14的输入端连接。前置放大器14的输出端与信号放大器11的输入端连接。气路、水路、温度调控装置包括高压氮气气源15、氮气缓冲瓶16、高压进气阀17、缓冲气阀18、排气阀19、进水阀20、排水阀21和温度调控装置23。

测试前首先通过进水阀20对燃烧室注水，测试时声发射信号接收传感器22将推进剂药条燃烧时采集到的声发射信号传给前置放大器14，前置放大器将信号放大后再传给信号放大器11。A/D卡13将模拟信号转换成数字信号后送给计算机9进行处理。计算机9根据声发射信号持续时间和推进剂药条长度计算出火箭固体推进剂的燃烧速率，再根据燃烧室压强、温度计算出压力指数和温度敏感系数。测试完成后再对燃烧室排气降压后通过排水阀21对燃烧室排水。

参照图4，它是本发明实施例2靶线法火箭固体推进剂燃速测试系统结构示意图。

靶线法测试系统的原理是将完全固化的推进剂药条包覆后在已知长度两端钻孔穿靶线，在氮气加压和恒温条件下点燃药条后，测量烧断该两端靶线的时间间隔，用靶线间的距离除以时间间隔即可得到燃速值。

如图4所示与图1比较，本实施例的特点是在靶线通断信号和声发射信号中仅采用了靶线通断信号，即仅安装了燃烧室顶盖3上的铜电极。气路、水路、温度调控装置包括高压氮气气源15、氮气缓冲瓶16、高压进气阀17、缓冲气阀18、排气阀19和温度调控装置23。

测试时在燃烧室顶盖3的铜电极上绑缚点火丝、靶线一、靶线二。在待测推进剂药条上按规定距离打孔，按顺序将点火丝和靶线一、靶线二穿入待测推进剂药条。将燃烧室顶盖3插入燃烧室2并旋转使其密封好。靶线一、靶线二及点火丝通断信号通过信号放大器放大后送给计算机。计算机用靶线一和靶线二之间的长度除以靶线一和靶线二烧断信号的时间间隔以计算出火箭固体推进剂的燃烧速率。再根据燃烧室压强、温度计算出压力指数和温度敏感系数。

Claims (1)

1、火箭固体推进剂燃速测试系统，包括燃烧室[2]、信号采集装置、气路、水路与温度调控装置[1]，燃烧室[2]是药条燃烧的压力容器，燃烧室上安装有顶盖[3]、进/排水口、进/排气口，顶盖[3]上安装有铜电极；信号采集装置包括声发射信号接收传感器[22]、压强传感器[4]、温度传感器[5]、顶盖[3]上的铜电极、信号放大器[11]、A/D卡[13]，三个传感器从燃烧室的工作状态中分别获得声发射信号、压强信号和温度信号，铜电极获得靶线通断信号，同时将这些信号传送给信号放大器[11]进行放大，放大后的信号再传送给A/D卡(13)，由A/D卡(13)将模拟信号转变成数字信号；气路、水路与温度调控装置[1]包括高压氮气气源、缓冲氮气瓶、温控装置、高压进气阀、缓冲气阀、排气阀、进水阀、排水阀和分别与它们连接的水管与气管，通过各阀门、气管与水管将气源、气瓶、温控装置与燃烧室连接，使燃烧室保持正常的工作状态；其特征在于该系统还包括系统控制装置，系统控制装置包括计算机及软件系统[9]和机内设置的I/O控制卡[12]，还包括由阀门控制驱动电路[7]和点火电路[8]组成的控制柜[10]；阀门控制驱动电路[7]输入端与I/O控制卡[12]连接，输出端分别与气路、水路与温度调控装置[1]中的各阀门连接；点火电路[8]输入端与I/O控制卡[12]连接，输出端与燃烧室顶盖[3]上的铜电极连接；由信号采集装置中安装在计算机主板插槽上的A/D卡[13]输出的数字信号传送给计算机[9]进行数据处理后产生系统的控制信号，控制信号经I/O控制卡[12]送给阀门控制驱动电路[7]，分别去控制各阀门的开启与关闭；同时经I/O控制卡[12]送给点火电路[8]，通过电缆给燃烧室顶盖[3]上的铜电极加以点火电流，使点火丝发热点燃固体推进剂药条；计算机及运行专用软件与打印机[6]连接，打印测试报告单。

Images