一種固體推進劑點火、燃速一體化測試裝置的制造方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及一種固體推進劑點火和燃燒性能測試裝置，屬于測試技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002] 固體推進劑的點火是在能量作用下固體推進劑局部表面的溫度升高到發(fā)火點W 上，并使該處發(fā)生燃燒，進而傳播到整個裝藥的燃燒面使其發(fā)生燃燒的過程。點火是固體推 進劑燃速的初始階段，點火是否可靠直接影響到固體推進劑燃燒的均勻性，是否正常燃燒 W及發(fā)動機燃燒室內(nèi)是否產(chǎn)生過高的一次壓力峰等。所W，推進劑都必須具備良好的點火 性能，W保證武器裝備正常工作。因此，對固體推進劑的點火難易度進行評價是固體推進劑 設計、生產(chǎn)的一個重要環(huán)節(jié)。
[0003] 固體推進劑的燃燒速度是指單位時間內(nèi)沿固體推進劑表面的法線方向上固相消 失的距離，簡稱固體推進劑的燃速。它決定著固體推進劑能量的釋放速度，也是計算固體推 進劑其它燃燒性能（燃速壓強指數(shù)、燃速溫度敏感系數(shù)、侵蝕比等）的核屯、參量。無論燃燒 時壓強、初溫、氣流速度等影響因素的變化，最終都將反映在燃速的變化上。此外，它還直接 影響火箭發(fā)動機的彈道性能、飛行速度和工作穩(wěn)定性等。因此，固體推進劑的燃速是武器所 要求的重要性能參數(shù)之一，研究燃速及燃速受影響因素的變化規(guī)律，可W為固體火箭發(fā)動 機和裝藥設計者提供重要的設計參數(shù)。
[0004] 現(xiàn)有的固體推進劑點火性能測試裝置和燃速測試裝置只是分別對點火過程和燃 燒速度進行測試，固體推進劑的點火和燃燒是一個連續(xù)發(fā)生的過程，進行點火測試時必須 經(jīng)過點火過程使固體推進劑達到燃燒狀態(tài)為止，進行燃燒速度測試時必須點燃固體推進劑 后才能進行正常測試，所W可W在固體推進劑點火燃燒過程中對其點火延遲時間和燃燒時 間同時測試，設計出一種對固體推進劑點火特性和燃燒特性同時測試的簡單、高效、快捷的 一體化測試裝置，W縮短固體推進劑的科研、生產(chǎn)周期，提高工作效率。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本發(fā)明提供一種能夠方便、快捷地同時測 出固體推進劑激光點火性能和燃燒性能的多功能一體化測試裝置。
[0006] 本發(fā)明提供的固體推進劑點火、燃速一體化測試裝置，包括燃燒室及配氣單元、激 光發(fā)射與光信號接收單元和測控單元?？蓪ΤＲ姷墓腆w推進劑如雙基推進劑、改性雙基推 進劑、復合推進劑等進行激光點火性能和燃燒性能進行測試，也可用于盛于管狀容器中的 未固化推進劑藥漿、凝膠推進劑和膏體推進劑進行激光點火性能和燃燒性能進行測試。
[0007] 所述的燃燒室及配氣單元用于提供固體推進劑試樣燃燒的場所W及測試時所需 要的初始壓強和初始溫度環(huán)境，包括燃燒室、半導體溫度控制裝置、高壓氮氣瓶、緩沖氮氣 瓶、真空累W及氮氣增壓累、試樣支架。燃燒室有進氣排氣孔、應急排氣孔和壓力溫度傳感 器安裝孔，燃燒室外壁貼有半導體制熱制冷裝置，用來保持燃燒室溫度，緩沖氮氣瓶和高壓 氮氣瓶用來給燃燒室提供初始壓強，氮氣增壓累用來給緩沖氮氣瓶和高壓氮氣瓶增壓；燃 燒室頂部有一可打開的頂蓋，頂蓋中央鑲嵌透鏡，用于激光進入。燃燒室側(cè)壁開有圓形視 窗，內(nèi)裝耐壓石英玻璃。燃燒室底端有試樣支架，用于固定被測藥條。燃燒室頂蓋、試樣支 架和燃燒室一起組成一個密閉的壓力容器系統(tǒng)，燃燒室的排氣孔外還可連接真空壓縮累， 用W進行真空環(huán)境下測試。
[0008] 所述的激光發(fā)射與光信號接收單元用于提供點火測試所需的激光器及其光路系 統(tǒng)W及探測固體推進劑點火燃燒過程中發(fā)光強度的大小和持續(xù)時間，包括C〇2激光器、激光 光路能量優(yōu)化系統(tǒng)、全反射棱鏡、光電探測器、激光功率計。C〇2激光器用于提供固體推進劑 點火所需能量，光路能量優(yōu)化系統(tǒng)用于光束勻化器將高斯光束勻化成平行光束，使激光光 強分布均勻。激光功率計用于測試照射在固體推進劑點火表面上的激光的能量。光電探測 器用來將燃燒室內(nèi)固體推進劑點火燃燒時發(fā)射的可見光的強度信號轉(zhuǎn)換為電信號。全反射 棱鏡用于改變激光方向。
[0009] 所述的測控單元包括信號放大器、同步數(shù)據(jù)采集卡、溫度傳感器、壓力傳感器、點 火信號同步裝置、I/O控制卡、同步數(shù)據(jù)采集卡、計算機及測控軟件。
[0010] 所述的測控單元用于對測試過程進行控制燃燒室的初始溫度和壓強，點火同步控 制操作，探測燃燒室的溫度、壓強W及固體推進劑點火燃燒過程的實時發(fā)光強度，接收可見 光光強度信號進行放大、A/D轉(zhuǎn)換、通信，實施數(shù)據(jù)采集、處理、分辨點火和燃燒過程確定點 火延遲時間W及燃燒時間、計算測試結(jié)果并存儲等功能。所述的測控軟件用于實現(xiàn)對系統(tǒng) 實時測控和數(shù)據(jù)分析處理軟件兩大功能，包括如下模塊：系統(tǒng)模塊、控制模塊、測量模塊、數(shù) 據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊。系統(tǒng)模塊主要進行初始測試參數(shù)和測試數(shù)據(jù)采集參數(shù)的設 定。控制模塊主要進行壓力控制、溫度控制和點火同步控制操作。測量模塊主要用于固體 推進劑點火延遲時間和燃燒時間的測試，主要進行壓力采樣、溫度采樣、采樣波形顯示、波 形曲線繪制和數(shù)據(jù)保存的操作。數(shù)據(jù)處理模塊主要進行測試數(shù)據(jù)有效性判別、最小點火能 量計算、燃速計算、燃速壓力指數(shù)計算和打印報告單等操作。數(shù)據(jù)管理模塊主要進行結(jié)果存 儲、結(jié)果檢索和檢測結(jié)果導出等操作。
[0011] 所述數(shù)據(jù)采集卡具有多路高速數(shù)據(jù)采集功能和多路開關(guān)量輸入輸出功能。
[0012] 本發(fā)明具有下述優(yōu)點：
[0013] 1、本測試裝置兼具固體推進劑激光點火測試系統(tǒng)和固體推進劑靜態(tài)燃速測試系 統(tǒng)的全部功能，可W實現(xiàn)在一次點火燃燒過程中同時進行固體推進劑點火延遲時間和燃燒 速度的測試。
[0014] 2、現(xiàn)有的激光點火測試裝置都不具備在高低溫下環(huán)境中測試固體推進劑點火特 性的功能，本發(fā)明可在燃燒室模擬固體推進劑在實際應用中可能遇到的高溫、高寒環(huán)境，用 來研究極端高低溫條件對固體推進劑點火性能的影響。
[0015] 3、本測試裝置測試固體推進劑燃速采用光信號發(fā)射法，通過記錄固體推進劑被點 燃后的燃燒火焰可見光強強到一定大小后持續(xù)的時間，W此來計算靜態(tài)燃速。與目前通用 的水下聲發(fā)射靜態(tài)燃速測試方法相比，該方法克服了測試系統(tǒng)周圍各種背景噪聲對燃速測 試過程和結(jié)果的影響，非常適用于復雜背景噪聲和高壓下的燃速測試工作。
[0016] 4、與現(xiàn)有的水下聲發(fā)射燃速測試系統(tǒng)相比，本測試裝置處理的是光信號，具有響 應快、信號穩(wěn)定的特點，可進行高燃速乃至超高燃速固體推進劑的燃速測試。在進行常規(guī)燃 速固體推進劑測試時，可W適當減小被測試樣藥條的長度，節(jié)約成本。
[0017] 5、本測試裝置是在合并現(xiàn)有的固體推進劑激光點火測試裝置和燃速測試裝置基 礎上，通過對燃燒室系統(tǒng)進行改進后得出，在實際操作中易于實現(xiàn)。
【附圖說明】
[001引圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，[1]高壓氮氣瓶、巧]緩沖氮氣瓶、[引高壓氣閥、[句緩沖 氣閥、[引排氣閥、[6]C02激光器、[7]激光光路能量優(yōu)化系統(tǒng)、[引燃燒室、[9]半導體溫度 控制裝置、[10]壓力傳感器、[11]燃燒室頂蓋、[12]溫度傳感器、[13]試樣支架、[14]光 電探測器、[1引閥口控制驅(qū)動電路、[16]點火信號同步裝置、[17]控制柜、[1引信號放大 器、[19]I/O控制卡、[20]同步數(shù)據(jù)采集卡、[21]計算機及測控軟件、[22]固體推進劑試樣、 巧3]真空累、[24]全反射棱鏡、[24]氮氣增壓累。
[0019] 圖2測控軟件主要功能模塊示意圖。
[0020] 圖3裝置工作流程簡圖。
【具體實施方式】
[0021] 如圖1，本發(fā)明由燃燒室及配氣單元，激光發(fā)射與光信號接收單元和測控單元=部 分組成。燃燒室及配氣單元為固體推進劑試樣點火燃燒提供所需的測試環(huán)境；激光發(fā)射與 光信號接收單元用于進行激光光束的控制，并對固體推進劑點火燃燒過程的可見光信號進 行采集；測控單元用于控制燃燒室的初始溫度和壓強，點火操作，對光電探測器信號進行采 集、處理、計算測試結(jié)果并存儲。
[0022] 燃燒室及配氣單元是該系統(tǒng)的機械裝置，包括燃燒室8、半導體溫度控制裝置9、 高壓氮氣瓶1、緩沖氮氣瓶2、真空累23W及相關(guān)的閥口管路、氮氣增壓累24、試樣支架13。 燃燒室8為固體推進劑燃燒提供所要求的燃燒環(huán)境，在其頂部為一可單向打開的燃燒室頂 蓋11，頂蓋中央有一直徑為10mm的孔，內(nèi)裝錯玻璃，用于激光進入。在燃燒室的側(cè)壁有一直 徑為100mm的圓形視窗，內(nèi)裝耐壓石英玻璃。其內(nèi)部還設計有緊急排氣孔，當燃燒室8壓強 超過警戒值后，緊急排氣孔會自動開啟泄壓。燃燒室8外部貼有半導體制冷制熱片，最外層 W夾套保護，用于對燃燒室8內(nèi)溫度的進行控制。燃燒室8內(nèi)部通過高壓氣路管道與緩沖 氮氣瓶2、高壓氮氣瓶1W及排氣管相連，緩沖氮氣瓶2、高壓氮氣瓶1W及排氣管與燃燒室 8連通的管道上均安裝有電磁氣動閥控制氣路的通斷，排氣孔與實驗室外連通，通過控制電 磁氣動閥和排氣孔的通斷來實現(xiàn)對燃燒室8壓強的控制。氮氣增壓24累用來給緩沖氮氣 瓶2和高壓氮氣瓶1充壓。排氣管還可W與真空累23連接，用W測試固體推進劑在超低壓 或真空環(huán)境下的點火和燃燒性能。燃燒室8下方有試樣支架13開口，試樣支架13可W使 被測固體推進劑試樣22垂直立固定于燃燒室8的中屯、軸線上，使被測固體推進劑試樣22 上表面接受激光照射，試樣支架13可調(diào)節(jié)試驗高低，使固體推進劑試樣22與燃燒室8側(cè)壁 的視窗平齊，試樣支架13與燃燒室8 -起組成一個密閉的壓力容器系統(tǒng)。
[0023] 激光發(fā)射與光信號接收單元包括C〇2激光器6、激光功率計、激光光路能量優(yōu)化系 統(tǒng)7、全反射棱鏡24、光電探測器14等。C〇2激光器6用于提供固體推進劑試樣22點火所需 能量，輸出波長10. 6ym，功率0~250W，脈沖能量lOmJ/pulse，脈沖頻率1-25曲Z(可調(diào)）， 脈寬lus~10ms，光路能量優(yōu)化系統(tǒng)7用光束勻化器將高斯光束勻化成平行光束，使激光光 強分布均勻。激光功率計用于測試照射在固體推進劑試樣22點火表面上的激光的能量，測 試范圍0~300W。光電探測器14用來將燃燒室8內(nèi)固體推進劑試樣22點火燃燒時發(fā)射的 可見光的強度信號轉(zhuǎn)換為電信號，響應時間5ns。全反射棱鏡24為直角棱鏡，用于改變激光 光束方向。
[0024] 測控單元包括信號放大器18、同步數(shù)據(jù)采集卡20、溫度傳感器12、壓力傳感器10、 點火信號同步裝置16、I/O控制卡19、同步數(shù)據(jù)采集卡20、計算機及測控軟件21信號放大 器18用于將光電探測器14得到的電信號進行前置放大，送入同步數(shù)據(jù)采集卡20進行處 理。溫度傳感器12和壓力傳感器10用于測定燃燒室8內(nèi)初