CN210422804U - 一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种固体火箭发动机试验装置，尤其涉及一种大型固体火箭滚转过程加速其药柱和粘接界面监测的试验装置。其技术方案是一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速装置，其特征是：使固体火箭发动机滚转贮存时增加一定的离心加速度；并设计了一种可用于一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速试验的装置，加速固体火箭发动机滚转贮存时的蠕变、产生径向拉应力，从而加速推进剂与绝热层界面脱粘的速度。本实用新型具有加速速度快、检测精度高的特点，可以为发动机滚转周期研究和优化提供技术支撑。

Description

一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速装置

技术领域

本发明涉及一种固体火箭发动机试验装置，尤其涉及一种大型固体火箭滚转过程加速其药柱和粘接界面监测的试验装置。

背景技术

作为固体火箭发动机最重要的部件，药柱是由固体推进剂制成的。固体推进剂是粘弹性材料，当固体火箭发动机长期卧式存放时，在自身重力作用下药柱会发生蠕变引起燃面改变，同时燃烧室筒段上方界面产生径向拉应力，导致推进剂与绝热层界面脱粘，或使原脱粘进一步继续扩展。因此，固体火箭发动机的贮存性能主要取决于药柱及其界面的贮存特性。

为了避免上述情况发生，现有技术采用每隔一定时间对发动机滚转一定角度的方法，来缓解药柱蠕变和恢复粘接界面应力，但此项措施会增加大量的勤务工作，提高了保障难度和维护成本，给产品使用带来诸多不便。

针对现有滚转对发动机使用带来的保障难题，研究滚转周期内界面应力及药柱变形的变化规律，优化发动机滚转角度和最佳滚转周期，对提高装备的保障性能有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速方法，加速固体火箭发动机滚转贮存时的蠕变、产生径向拉应力，从而加速推进剂与绝热层界面脱粘的速度；并建立加速条件与自然储存条件下的对应关系，从而能在较短时间内获得滚转贮存过程中药柱的变形和界面应力的变化，为研究滚转周期内药柱变形及界面应力的变化规律提供条件。

本发明的技术方案是：一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速方法，其特征是：使固体火箭发动机滚转贮存时增加一定的离心加速度。

一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速装置，其特征是：包括离心发生装置、发动机、配重，其中所述发动机为待加速的固体火箭发动机；所述离心发生装置用于对所述的发动机产生一定的加速度；所述配重用于与所述发动机动态平衡。

进一步的，还包括发动机高刚度心轴、界面应力传感器、药柱变形监测传感器、药柱变形测试球；其中所述的发动机高刚度心轴为高模量材质制作，穿过所述发动机的星孔并与所述发动机固定连接；所述药柱变形测试球为硬质轻质球，设置在所述发动机药柱的表面某一位置(该位置由本领域技术人员确定)；所述药柱变形监测传感器固定设置在所述的发动机高刚度心轴上与所述药柱变形测试球位置相对应，用于测量所述药柱变形测试球的位移；所述界面应力传感器的测量表与所述发动机药柱齐平。

进一步，发动机绝热层(也叫衬层)内预留所述界面应力传感器的安装位置。

进一步的，所述药柱变形监测传感器由三个相互垂直且测距方向都通过药柱变形测试球球心的激光测距仪组成。

本发明具有加速速度快、检测精度高的特点，可以为发动机滚转周期研究和优化提供技术支撑。

附图说明

图1为发动机滚转贮存加速试验系统示意图；

图2为发动机粘接界面应力和药柱变形监测示意图；

图中：1为配重，2为离心发生装置，3为集成采集系统，4为旋转台转轴，5为发动机，6为发动机轴线，7为发动机药柱，8为发动机壳体，9为发动机绝热层，10为药柱变形测试球，11为药柱变形监测传感器测试线，12为界面应力传感器测试线，13为发动机高刚度心轴，14为界面应力传感器，15为药柱变形监测传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1和图2所示的固体火箭发动机卧式滚转过程加速试验系统，包括一套加速装置、一套粘接界面应力测试系统和一套药柱变形测试装置。加速装置通过提高加速度模拟发动机滚转过程重力的影响；粘接应力测试系统进行典型位置界面应力变化的测量；药柱变形系统进行药柱典型位置变形的测量。

为进行界面应力传感器的植入和拉压/剪切应力测量，界面应力传感器尺寸：不得大于φ10×4mm，拉压应力量程：-1MPa～1MPa，剪切应力量程：0～800KPa；

为进行药柱变形监测传感器的安装和变形测量，药柱变形监测传感器尺寸：不得大于50 ×50×50mm，测量范围：0±5，分辨率5um；

本方法也适用于为固体火箭发动机立式贮存过程的加速试验。

推进剂药柱及界面的蠕变模型可以用Soderberg理论模型描述，在常应力下的蠕变模型为：

ε_c＝Aσⁿt^m，提高应力可以增加蠕变。采用离心试验加速药柱变形时，由于发动机上的各个部位到原点的距离R不同，离心加速度引起的应力σ＝mω²R，(ω为旋转角速度，R为回转半径)，相同蠕变ε_c下，重力引起的蠕变与加速度引起的蠕变的关系可以表示为：

得到重力引起的蠕变时间t_g与本方法蠕变时间t_ω关系式为：

为减少该因素的影响，本发明需要R≥10r，名义离心加速度以发动机轴心位置计算。

为实现模拟某直径200mm发动机6个月条件下的卧式加速贮存，试验测定推进剂蠕变特性参数n＝4.5，m＝0.5，回转半径R＝2m，若旋转角速度为3rad/s，则离心加速度为18m/s²，重力加速度g取9.8m/s²，带入公式计算，可在18.2个小时内完成模拟重力作用试验。

详细实施步骤如下：

●在发动机绝热层9制作时预留传感器安装位置，将界面应力传感器14植入保证传感器测试面与待测界面平齐，其界面应力传感器测试线12经过发动机绝热层9内部引出，并可靠连接；

●浇注固体推进剂固化制成对发动机药柱7，并在特征位置牢固安装药柱变形测试球10作为检测点；

●在发动机高刚度心轴13上固定三维药柱变形监测传感器15，将其固定安装到发动机5的星孔内使三维药柱变形监测传感器15能监测到药柱变形测试球10的位移变化，并确保药柱变形监测传感器测试线11可靠连接；

●将集成采集系统3、发动机5和配重1安装到离心发生装置2上，设定旋转半径(离心发生装置轴心到发动机轴线6的距离)为2m，连接药柱变形监测传感器测试线11 和界面应力传感器测试线12连接到集成采集系统3上，确保测试设备正常工作。

●开启离心发生装置2到设定的旋转速度3rad/s，离心发生装置绕旋转台转轴4旋转。

●待工作稳定后，通过两类传感器不断监测界面应力和药柱变形情况。

●到设定18.2小时后，离心试验机2停机。

●拆卸发动机5、配重1及集成采集系统3。

●试验结束。

以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速装置，其特征是：包括离心发生装置(2)、发动机(5)、配重(1)，其中所述发动机(5)为待加速的固体火箭发动机；所述离心发生装置(2)用于对所述的发动机(5)产生一定的加速度；所述配重(1)用于与所述发动机(5)动态平衡。

2.如权利要求1所述的一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速装置，其特征是：还包括发动机高刚度心轴(13)、界面应力传感器(14)、药柱变形监测传感器(15)、药柱变形测试球(10)；其中所述的发动机高刚度心轴(13)为高模量材质制作，穿过所述发动机(5)的星孔并与所述发动机固定连接；所述药柱变形测试球(10)为硬质轻质球，设置在所述发动机(5)药柱的表面某一位置；所述药柱变形监测传感器(15)固定设置在所述的发动机高刚度心轴(13)上与所述药柱变形测试球(10)位置相对应，用于测量所述药柱变形测试球(10)的位移；所述界面应力传感器(14)的测量表与所述发动机(5)药柱齐平。

3.如权利要求2所述的一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速装置，其特征是：发动机的绝热层(9)内预留所述界面应力传感器(14)的安装位置。

4.如权利要求3所述的一种固体火箭发动机滚转贮存过程加速装置，其特征是：所述药柱变形监测传感器(15)由三个相互垂直且测距方向都通过药柱变形测试球(10)球心的激光测距仪组成。

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